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第十五届全国结构风工程学术会议暨第一届全国风工程研究生论坛

第十五届全国结构风工程学术会议暨第一届全国风工程研究生论坛

  • 召开年：2011
  • 召开地：杭州
  • 出版时间： 2011-08-23

主办单位：中国土木工程学会;中国空气动力学会

会议文集：第十五届全国结构风工程学术会议暨第一届全国风工程研究生论坛论文集

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  • 摘要：大跨越输电塔是一种柔度较大的高耸结构,一般为较高的格构式钢桁架塔,是跨越江河或深谷的输电线路的支柱.然而在我国,输电塔系统的破坏情况还是较严重的,输电塔被风吹倒之事,几乎每年都有发生.本文根据我国建筑结构荷载规范，以一个高为近400m的大跨越输电塔作为研究对象，设计基本风速为30m/s，采用功率谱分析法，用ANYSYS计算输电塔的随机风振响应，最终得到位移风振系数沿高变化规律，以及杆件的轴应力安全系数。通过研究发现：输电塔作为一个高柔结构对风很敏感，通过计算可以看到输电塔的前六阶频率在0.4-1.1Hz之间,由第一层节点的位移响应谱可以看出，结构的共振响应能量是第一阶振型起决定性作用,把输电塔上的风荷载等效成节点的集中力，施加到节点上，计算出输电塔的风振响应。单塔的最大合位移响应为39.65cm,对于平均风荷载引起的结构响应，输电塔上最大的弯曲应力不超过2.2MPa，要远小于最大轴应力的51.6MPa，因此对于输电塔这样的格构式塔架，平均风荷载引起的主要应力是轴应力，在不考虑导线的情况下，脉动风荷载引起的轴应力与平均风荷载引起的轴应力相当，且弯曲应力也不是太大；除了最底层由于平均风荷载引起的位移较小，所以风振系数有些偏大以外，其他所有层的风振系数都不超过2，沿高度变化规律近似于输电塔第一阶振型的变化规律；风荷载引起的所有杆的应力都不超过材料的强度。
  • 摘要：近年来,在大型体育场馆建设中,越来越多采用环状大悬臂挑篷结构.这种形式屋盖是风敏感结构,且在局部区域会出现较大负压,容易引起结构覆面破坏,危及主体结构安全.因而,该类结构的抗风研究是结构风工程研究热点之一.现今对体育场挑篷风荷载研究,仍然以风洞试验为主.本文在总结大型体育场环状挑篷特征的基础上，针对具有一般意义的环状挑篷，数值模拟其在不同参数和不同工况下的挑篷表面风载风压分布，并探讨调节风荷载的气动优化措施。研究表明：悬臂挑篷屋盖倾角宜设在0°-15°范围，屋面倾角过大或过小均不利于屋盖受力；在0°风向角下，挑篷中间轴测点与两边轴测点的最大负压差相差最小，在150°风向角下挑篷中间轴测点与两边轴测点的最大负压相差最大；若看台后部通风率较小，屋盖前缘的负风压值相对较大，若看台后部完全封闭，前缘平均负风压值最大，随着通风率的增大，平均风压系数极值逐渐减小；是否设置后挑，对挑篷上表面风压系数数值及分布影响不大；增设屋面竖向导流挡板对改善屋盖前缘局部极值风压十分有效；相对于在屋盖前缘附加气动构件，在屋盖端部设置部分通风孔更为简单方便，在大跨度悬臂挑篷屋盖结构的边缘采取开槽处理方式，可以有效地减小屋面的风荷载。
  • 摘要：目前国内外主要抗风设计规范都给出了平均风速剖面、脉动风速功率谱的显示表达式及紊流积分尺度取值，日本与美国规范同时给出了紊流度剖面的表达式。我国建筑规范中没有明确给出紊流度的表达式，但在其给出的脉动系数中隐含了紊流度的概念，可反推出紊流度数值。我国桥梁抗风设计规范针对四类地貌分别给出了不同高度处紊流强度的取值，但取值的由来并没有文献报道。自然流场中结构物在风荷载作用下的动力反应不仅与平均风速有关，而且还依赖于描述风场湍流特性的紊流度、脉动风谱及紊流积分尺度等参数。本文采用规范中给定的不同水平脉动风速谱表达式推导了紊流度剖面的理论表达式，进一步给出了四类典型地貌下紊流度剖面的取值，并与中日美规范给定的紊流度剖面取值进行了对比分析。最后对同一结构物在四类不同地貌下的抖振响应进行了初步分析，结果表明虽然结构物位于A类地貌时其平均风速最高，平均风响应也最大，但其脉动风作用下的抖振位移却不一定最不利。对于共振响应明显的柔性结构，结构的峰值响应、等效静力风荷载等有可能随地表粗糙高度的增加而增大。
  • 摘要：近年我国相继建设的多座大跨度拱桥中,H形截面杆件被大量应用在桥梁吊杆或桁架直杆中.相比于其他截面形式的细长杆件,具有典型钝体截面特性的H形杆件,加上钢构件的低阻尼特性,使得这一截面形式的桥梁细长杆件空气动力学性能极差,更易出现各种风致病害.影响H形杆件气动特性的因素很多，截面高宽比、腹板开孔和翼板开孔及相应的开孔形式，均会明显影响H形杆件的气动特性。本文通过风洞试验研究了截面高宽比及翼板开孔单独影响的H形杆件气动特性，得到以下结论：较翼板不开孔截面，翼板开孔对颤振与横风向驰振的临界风速没有明显影响，分别会增大发生颤振的攻角区间及减小驰振失稳攻角区间；随着翼板开孔的增大，发生涡振的攻角区间有减小的趋势，但对改善H形截面的涡振幅值没有明显作用；高宽比H/B≥1可减小发生颤振失稳的攻角区间，但对临界风速没有明显改善；适度的提高高宽比可减小驰振失稳的攻角区间，并在一定程度上提高起振风速；适度的增大高宽比可减少发生涡激共振的攻角区间及降低涡振幅值。
  • 摘要：为了获得全面的高层建筑表面结构风压分布情况,研究者采用表面风压测量试验研究方形和矩形建筑物的风荷载.本文针对5个不同厚宽比矩形截面模型进行风洞试验。首先采用时域、频域方法讨论了各个测点层合力的无量纲功率谱、相关性、相干性的特点，分析钝体绕流的内在原因及在独立结构不同高度处的风力特性。然后通过对阻力方向和升力方向测点风压力综合考虑，计算得结构的基底力，针对结构基底弯矩、扭矩作了谱、相干性、相关性分析。文中主要考虑B类风场下相同高度结构模型外加风荷载的分布特点。结果表明：(1)对局部风力系数而言，平均局部阻力系数在1/3＜D/B＜3范围内变化较明显；从能量角度来看，局部阻力能量在低频范围分布较均匀；局部升力谱分布形式随厚宽比变化较大，当l＜D/B＜2时，部分层将出现两个能量峰值；当D/B＜1时，扭矩谱的形式与阻力谱分布形式接近，而当D/B＞1时，扭矩谱则反映升力特性；层与层的相关性与竖向距离成近似反比关系，且在低频部分相干性较好。(2)对基底力而言，基底阻力弯矩谱有向高频率部分平移的趋势，但移动幅度不大；横风向基底弯矩谱能量随D/B变化而变化，一般能量集中于某一折算频率处，但D/B=2时，能量分布较均匀；方形截面模型顺风向与横、扭方向基底力矩相干程度不高；低频区横风向弯矩与基底扭矩在低频部分相干程度较高，设计中应注意相干性带来的影响。
  • 摘要：双曲壳体冷却塔作为高耸空间薄壁结构,在保证结构强度之外,更要保证结构的稳定性.1965年英国渡桥电厂的冷却塔风毁事故激发了人们对冷却塔风致失稳的研究.本文针对整体稳定分析了等效梁格气弹模型试验方法的合理性；针对局部稳定基于Mungan试验结果提出了修正的检算方法，并通过对现阶段有代表性的大型冷却塔结构的研究，验证了本文方法的合理性。研究表明：等效梁格模型法可以克服Der试验模型质量系统和刚度系统不谐调的缺点，如果采用合适的缩尺比，即可在普通风洞中模拟冷却塔的整体失稳现象；鉴于Der试验结果与数值结果间恒定的实验误差，也可以借鉴Mungan的方法，通过数值计算并考虑计算与试验间的误差来确定冷却塔的整体失稳风速；根据Mungan试验结果对环向临界应力修正后的KB分布也使各试验模型在不同荷载组合下的最小KB均出现在喉部，能够较好地反映试验现象。对实际冷却塔结构，修正后的最小KB出现的位置也更符合结构在风荷载作用下的响应特征。
  • 摘要：随着结构设计的发展,波浪形屋盖由于其独特的造型、流畅的曲线外观备受结构师的青睐.这类结构属于典型的风敏感结构,风荷载是其结构设计的主要控制荷载.本文以一波浪形屋盖航站楼为例，研究了屋盖上的平均风压系数和脉动风压系数分布特征，并对前沿表面受力状况进行分析。通过波浪形屋盖及悬挑屋盖的风压系数等值线分析，可得如下结论：该波浪形屋盖表面的风荷载主要以负压为主。屋盖整体上屋盖平均风压不大，最大值存在于屋盖边缘处，30°风向角时，屋盖边缘负平均风压系数达到-1.38；该波浪形屋盖脉动风压较小，最大值为0.46，屋盖表面迎风边缘波峰处脉动风压明显较其他区域高；悬挑屋盖部分是风荷载绝对值较大，变化比较激烈的部分，在一些风向角下会产生“上吸下压”的叠加作用，设计时应该注意，但在一些风向角下，一些区域也会产生“上吸下吸”的抵消作用，减小风压系数作用。
  • 摘要：随着经济的发展和科技的进步,各种造型独特、结构新颖的大跨空间结构,如机场航站楼、文体活动中心、展览馆、博物馆等大量涌现.这些建筑物大多具有质量轻、柔性大、阻尼小、结构自振周期与风速的卓越周期较接近等特点,对风荷载十分敏感.本文的背景项目为湖南大学风工程研究中心承担的贵州威宁奥体中心体育馆：分别就有周边建筑和无周边建筑两种情形，对体育馆的模型分别进行了风洞实验，研究了这两种情形下屋盖上的风压分布特性。研究表明：(1)无周边干扰时，屋盖各个部分的平均风压基本为负压。屋盖其余部分的风压分布也与建筑的外形有关，在表面突出处易产生正压。(2)若在迎风处无建筑物遮挡，或者迎风时干扰建筑位于奥体中心的上游，但是距离干扰物较远，干扰效应就较小，不需考虑干扰效应。若迎风处有干扰建筑且距离较近，则需要考虑干扰效应，具体干扰效应的大小需要做风洞试验具体研究。(3)无干扰时体育馆的悬挑雨篷由于来流的分离，易产生较大负压，等压线在这些部位分布密集，风压变化剧烈。迎风面时，悬挑雨篷产生较大负压。在背风面时，雨篷的风压系数出现正值，设计时应考虑这种正负压变号问题，采取必要的措施，以防外覆面被强风破坏。
  • 摘要：驰振是细长结构在横风向的一种不稳定的单自由度发散振动现象,工程结构应采取措施避免驰振发生,使驰振临界风速高于驰振检验风速.某钢桁拱桥采用钢箱吊杆,针对细长吊杆风洞试验模型,本文运用两种方法进行吊杆驰振数值仿真计算.方法一:运用Fluent软件求出截面三分力系数,然后根据驰振临界风速计算公式求解，该方法计算的二维平面物体的阻力系数和升力系数与节段模型风洞试验值基本吻合，与由此推算的驰振临界风速吻合;方法二:对Fluent软件二次开发,建立单自由度竖向弯曲流固耦合数值模型,直接得出驰振临界风速，该方法计算的驰振临界风速与风洞试验推算值吻合，验证了二次开发程序和计算公式的正确性。
  • 摘要：由于一般认为驰振基本上是有准定常力控制,因此,至今横风向驰振分析方法都是建立在准定常理论基础上,其中最著名也是最常用的初始驰振不稳定性的必要条件判据就是葛劳厄特-邓哈托判据,而对横风向驰振的非定常特性的研究报到却很少.事实上，横风向驰振与单自由度扭转颤振在本质上是一样的，都是由气动负阻尼驱动的风致动力失稳现象。众所周知，颤振的非定常特性是不容忽视的，因此，可以推断非定常效应对驰振也存在不可忽视的作用。但随着钢结构在钝体桥塔和梁桥上应用的不断增多，驰振问题的重要性也将逐渐显露出来。本文将以方形柱体为例，采用与颤振相似的研究方法，通过风洞试验和二维分析方法来研究非定常效应对驰振稳定性的影响程度。研究发现，气弹自激力的非定常效应对方柱的驰振临界风速有显著的影响，采用传统的准定常理论得到的方柱驰振临界风速偏高32%，偏于不安全。考虑到驰振一般发生在宽高比较小的钝体断面结构上，因此，在评估可能存在驰振问题的小阻尼钢结构桥塔和连续梁桥等结构的驰振稳定性时，应该考虑气动非定常效应的影响。此外，对于易出现驰振问题的宽高比较小的钝体断面，气弹性效应一般具有较强的非线性特性，从而使得其驰振呈现出“软驰振”的特点，因此，下一步需要对相应的自激力非线性特性和软驰振的判断标准进行深入研究。
  • 摘要：自然界中的风可以分为两种:一种是良态风,另一种是突风.良态风一般不会对建筑结构造成灾难性的破坏;突风发生的概率一般都比较小,但是一旦出现破坏性就极其强.本文从雷诺数效应着手以刚性光滑斜拉索为研究对象，通过突风试验，测试得到了突升、突降、突升突降过程的阻力系数和升力系数随雷诺数变化曲线，并且与平稳风测试的阻力系数和升力系数做了比较.研究表明：突升过程对斜拉索的阻力系数和升力系数影响不大，基本是一致的；在一定雷诺数范围内，突降过程对斜拉索的阻力系数和升力系数影响很大，突降阻力系数呈现台阶下降现象，突降升力系数曲线中有升力产生的区域，比平稳风测试的结果要滞后；突升突降过程与突升过程和突降过程的结论很相似；拉索在风速变化过程中经过临界区时产生较大振幅的振动。阻力下降和升力突变是导致斜拉索振动的主要原因。
  • 摘要：涡激振动是大跨度桥梁在低风速下容易发生的一种风致振动现象,它是一种带有自激性质的限幅振动.抗风设计需要准确预估主梁涡激振动的振幅及发生风速,并将涡激振动振幅限制在容许范围内.目前很多学者对于箱形主梁断面桥梁的涡振发生机理试验和试验进行了大量的研究,而对于桁架主梁断面桥梁的涡振特性研究则很少,因此,本文进行桁架主梁断面桥梁节段模型试验。研究表明：桁架主梁断面桥梁在均匀流场下可能发生明显的涡激振动现象，紊流场下涡振现象得到抑制；桁架断面检修车轨道的设置以及配重的大小对涡振特性影响不敏感；试验攻角变化对涡振特性具有不可忽略的影响，两种工况下涡振振幅和达到最大振幅时的风速都按-3°、0°、+3°攻角顺序依次增大；检修车轨道不是产生第一个涡振区的原因；Strouhal数S2随钝体宽高比B/D增大而减小；对于大跨度桥梁，充分模拟检修车轨道等细部构件，对于涡振特性精细化分析是十分必要的。此外模拟其他参数对于涡振特性的影响，也是值得深入探讨的问题。
  • 摘要：近年来双幅桥梁越来越受桥梁设计人员的青睐,并且逐渐运用于大跨度桥梁设计中.20世纪90年代以来,国内外学者对平行双幅或多幅桥梁的气动干扰效应和气动稳定性能进行了研究,研究表明气动干扰效应与桥面间距和来流风向有关,引起的结构振动响应十分复杂,在大跨度平行双幅或多幅桥梁的抗风性能研究中不可忽略.本文以天津塘沽海河既有独塔斜拉桥拓宽工程为背景，通过平行双幅桥全桥气弹模型风洞试验，对上下游桥各阶涡激共振的风速锁定区间、斯托罗哈数等进行了分析，并根据涡振振动形态和相应的振型值给出全桥模型涡振响应实测值的修正方法。此外，还推导了基于一阶涡振结果对高阶涡振最大振幅预测的估算公式，并将结果与试验结果进行了对比。最后，还对两种透风率的多孔板安装于不同位置处的涡振减振效果进行了研究。结果表明：全桥气弹模型试验可以直接模拟出高阶涡振，但是实测结果应根据涡振振动形态和模态振型值进行位置修正，同时发现各阶涡振的斯托罗哈数相差不大，这说明主梁断面的斯托罗哈数与结构振动形态和固有频率没有必然关系；通过节段模型涡振试验结果估算高阶涡振响应时，风速锁定区间可能会扩大，最大振幅值与实测值有一定的偏差；多孔板具有较好的涡振减振效果，其工作原理主要是打乱主梁断面上的规则旋涡脱落，而其破涡效果与透风率大小、空洞形状和分布以及安装位置有直接的关系。
  • 摘要：当桥址处于山区峡谷地区时,考虑地形条件以及施工因素,跨越峡谷的大跨度桥梁由于受地形和施工条件的限制,采用桁架加劲梁悬索桥是较佳的选择.桁架加劲梁悬索桥,虽然具有较大扭转刚度,透风性能好,但随着跨径的不断增长,结构的刚性越来越柔;对风的作用非常敏感.尤其是颤振现象的出现,可能导致桥梁结构的整体破坏,往往是控制设计的重要因素.本文以刘家峡大桥为研究依据,研究气动措施对颤振失稳以及颤振临界风速的影响.研究表明:设置高度适中的中央稳定板能有效的提高颤振稳定性，联合使用上下稳定板的制振效果，明显优于单独使用下稳定板或上稳定板的情况；设置水平导流板，也可提高-3°与0°攻角的颤振临界风速，却大幅降低了+3°攻角的颤振临界风速；将上中央稳定板分散布置到两侧防撞栏上，使防撞栏部分封闭起到上中央稳定板的作用的气动措施，能很大程度地提高刘家峡大桥的颤振临界风速，使之满足抗风稳定性要求；刘家峡大桥防撞栏杆的降低，使得-3°与0°攻角的颤振稳定性降低，而+3°攻角的颤振稳定性有所提高。某种气动措施可能不能使桥梁完全满足抗风稳定性要求，也可能产生负面效应。将各种有效的气动措施进行组合，组合的气动措施可能有效，也有可能降低气动稳定性，并且有效的气动措施不止一种。
  • 摘要：在时域颤振分析中除了间接得到时域表达式的方法之外,通过风洞试验或者CFD数值模拟直接识别有理函数或阶跃函数是一种有效和快捷的方法,直接识别时域表达式的方法还能避免在间接拟合常系数时数据处理方面的误差累积,直接识别时域表达式能更好地描述非定常自激力,精度更高.参数，识别过程较为复杂而没有得到推广应用。Chowdhury A进行了二自由度识别有理函数的风洞试验，他首先通过拉普拉斯逆变换将有理函数表达的非定常自激力变换为时域表达的形式，其中包含有位移信息、速度信息和加速度信息，然后用二自由度风桥耦合体系中的速度信息和加速度信息替换自激力时域表达式中相对应的部分，在初始位移激励下得到不同风速下模型表面的压力时程，通过积分确定模型受到的自激力，最后再通过最小二乘得到有理函数，同时通过有理函数的虚实部计算出相应的气动导数，这是一种自由振动识别有理函数的方法。湖南大学风工程试验研究中心开发了三自由度强迫振动系统运动控制程序，通过计算验证，表明和风洞试验直接识别的气动导数吻合很好。
  • 摘要：节段模型试验是风洞试验中的一种,可以测得桥梁断面的三分力系数、气动参数;同时主要对桥梁结构进行二自由度的颤振临界风速试验实测.在节段模型风洞试验中,设计节段模型时,一般会选取实桥动力特性中较低阶的竖弯和扭转参数来作为模型的弹性参数.但是在实桥中,一阶正对称竖弯、一阶反对称竖弯、一阶正对称扭转和一阶反对称扭转都会在振型中参与一定的比重,那么到底是哪两阶振型组合最容易导致主梁发生颤振,选最低阶的竖弯及扭转参数组合是否会导致试验结果偏于危险?本文结合虎门二桥节段模型颤振试验，对竖弯及扭转的几组参数分别组合，先借助CFD对实桥模型进行数值模拟计算分析，得到各组合的颤振临界风速，然后和风洞节段模型颤振试验结果进行对比分析。结果表明：CFD数值模拟计算的结果和风洞试验的结果基本是一致的；节段模型的颤振临界风速随竖弯频率的提高而降低，随扭转频率、等效质量和等效质量惯矩的提高而提高；扭弯频率比最低并不能说明颤振临界风速最低，要根据具体情况而定，例如组合三的扭弯频率比最低，但颤振临界风速并非最低；振型相似系数的大小与颤振临界风速的高低没有一定的关系，组合四的振型相似系数最大，颤振临界风速最小，但组合三的振型相似系数最小，颤振临界风速较小。通过分析发现，在节段模型风洞试验中，设计节段模型时，选取实桥动力特性中最低阶的竖弯频率、等效质量、扭转频率和等效质量惯矩来作为模型的弹性参数有时是偏于危险的，应该根据具体情况进行参数组合，选最不利的组合进行节段模型颤振试验。参数的组合选取可根据以下原则：最好选择竖弯频率大，扭转频率、等效质量和等效质量惯矩都小的组合；等效质量和等效质量惯矩都相近时，选竖弯频率大，扭转频率小的组合；竖弯频率和扭转频率都相近时，选等效质量和等效质量惯矩都小的组合；当频率和质量都不相近时，可选扭弯频率比较小的进行对比组合。
  • 摘要：桥梁断面的颤振临界风速可通过风洞试验和数值计算两种研究手段获取.与风洞试验相比,数值计算具有花费小、效率高及可重复性好等优点.桥梁断面颤振稳定性数值计算主要有基于颤振导数计算和直接计算两种方式.目前桥梁断面颤振稳定性数值模拟研究大多是基于颤振导数的计算方式展开的.本文基于CFD软件Fluent，发展了桥梁断面颤振稳定性的直接计算方法。同时利用颤振导数计算和直接计算两种方式对典型矩形断面和典型流线型断面的颤振稳定性进行了数值计算，并将计算结果与试验结果进行了对比。对比结果表明本文计算方法的正确性。
  • 摘要：随着桥梁跨径的不断增大,其柔度也越来越大,于是,对桥梁抗风性能的研究就显得尤为重要.一些学者通过风洞试验等方法对桥梁颤振各种气动控制措施进行了广泛研究,但是桥梁的抗风性能对主梁断面较为敏感,对于同一种气动措施,应用于不同的桥梁,其作用效果可能相差很大.这就加剧了问题的复杂性和研究的难度.本文针对大跨度钢桁架悬索桥，通过节段模型试验，研究了各种气动措施下桥梁主梁的颤振性能，得出了颤振临界风速与气动措施的尺寸及安装位置的关系。研究表明：在几种气动措施中，上中央稳定板和栏杆上的导流板收到了比较好的作用效果。对于不同的风攻角，颤振临界风速随着气动措施的安装角度或结构尺寸的变化呈现不同的规律，气动措施改善桥梁断面颤振稳定性的效果也不同，其中上中央稳定板效果尤为明显，当采用高度较大的上中央稳定板时，主梁断面的最不利风攻角是-3°，其余各种工况下（包括原桥模型）的最不利风攻角均为+3°。
  • 摘要：当气流流经非流线型桥梁断面时,周期性交替脱落的旋涡会引起桥梁结构主梁的涡激振动现象.涡振虽不具有很强的破坏性质,但其发生风速较低,会造成结构疲劳,并严重影响行车的舒适性.大跨度钢桥质量轻、阻尼小,主梁易发生涡振.目前抑制涡激振动的措施可以分为构造措施和气动措施.本文以某大跨度悬索桥钢箱梁1:20大比例节段模型为例，在XNJD-3风洞中进行涡振试验。在低阻尼体系下详细研究了风攻角、检修车轨道、导流板等对涡激振动性能的影响，进行了多种方案的抑振措施研究，发现在检修车轨道内部设置单侧导流板能使主梁的涡振性能大幅提高。
  • 摘要：Davenport于1967年引入随机振动理论将结构在脉动风作用下的响应分为背景和共振两部分的组合,并通过"阵风荷载因子"这一概念来表示高层建筑的等效静风荷载.借鉴这一思想,将等效静风荷载(简称ESWLs)也相应分成平均、共振与背景三个分量来求解,是由周印最早提出并经Holmes进一步发展形成的经典求解方法,但其最大的局限性在于:①没有很好地解决共振分量求解中共振与共振模态之间的耦合项;②由于采用SRSS方法来组合获得脉动风总响应,因此其无法考虑背景与共振模态之间的交叉项;③没有一个统一、完备的ESWLs计算理论来求解共振和交叉项分量.鉴于此，本文推导出结构脉动风总响应和ESWLs的真实组合公式，提出基于背景、共振和耦合恢复力协方差矩阵的统一LRC（简称U-LRC）方法来求解结构的脉动风致响应和ESWLs。其最大的优点在于：首次采用同一理论基础进行背景、共振和交叉项三个分量的求解，能完全考虑各共振模态之间、共振和背景模态之间的耦合效应，并赋予共振和交叉项等效静风荷载分量以明确的物理意义。用一经典算例验证了文中程序的正确性，并将其应用于结构风工程中，通过与精确解进行对比，揭示了三层耦合项的参与机理，并验证了该方法的有效性，为求解此类结构风致响应和ESWLs提供新的思路。
  • 摘要：目前正在建设的深圳平安金融大厦,共120层,主体结构屋顶高层为580m,建筑总高646m,是我国目前建设中的第一高楼.本文将应用大涡模拟并结合一种新的可满足大气边界层中风场特性的湍流脉动速度生成方法——DSRFG模拟非稳态边界层湍流风场.在大涡模拟的亚格子模型方面,采用本文作者(S.H.Huang和Q.S.Li)针对工程应用提出的一种新亚格子模型,计算了三种风场下建筑表面的风力时程数据.然后利用惯性风荷载(IWL)法得到三种风场下深圳平安金融大厦的等效风荷载以及结构顶部峰值加速度,并分析了流场对等效风荷载和加速度响应的影响.研究表明：①顺风向等效风荷载主要受平均风控制，但脉动风对其也有一定影响。横风向等效风荷载主要受脉动风控制。其他条件一定下，湍流强度越大，横风向等效风荷载越大。②深圳平安金融大厦顺风向基底等效顺风向和横风向力在湍流流场（日本规范和中国规范）下均在10^8量级。超高层建筑的横风力相当可观，不可忽视。③中国规范建议的湍流强度的湍流流场下，深圳平安金融大厦10年重现期z、y向峰值加速度满足办公楼居住者舒适度要求。④数值风洞模拟技术作为一种新方法为研究建筑物风荷载提供了一种较为简便、低成本的途径。
  • 摘要：目前对高层建筑的扭转风振响应的研究相比对顺风向和横风向风振响应的研究较少,绝大多数的高层建筑荷载规范忽略了扭转风荷载作用.实际上,由于结构设计的不对称导致的结构刚度中心与质量中心的偏离使得高层建筑扭转风振响应与顺风向、横风向相互耦合.而且建筑物边缘位置的扭转响应尤为显著.本文考虑了实际建筑的扭转向动力特性及扭转响应，改进二维摆式气弹模型振动装置，完成了矩形截面三维（顺风、横风、扭转向）气弹模型试验。研究结果表明：偏心率20%的矩形偏心结构不能忽略弯扭振型的耦合，特别是扭转向的气弹效应；偏心能增大扭转响应，均方根扭转角响应随偏心位置不同而不同，从大到小的排列情况依次为：刚心偏向背风面、刚心偏向迎风面和刚心在横风向偏离；偏心对横风向响应的影响：刚心偏向背风面，横风向响应增大，偏向迎风面，横风向响应减小。刚心在横风向的偏离使横风向的响应减小；偏心及偏心位置对均方根升力系数和均方根扭矩系数的影响规律与对相应方向的响应的影响规律相同；气弹模型的扭矩谱密度曲线不同于刚性模型的双峰、宽频带扭矩谱。气弹模型的扭矩谱有两个峰，谱峰对应的频率分别为横风向振动频率和扭转向频率，及它们的倍数频率；当风速较小时，横风向振动频率占主要频率成分，当发生大幅度扭转振动时，扭转向频率占主要频率成分。
  • 摘要：在有界的风洞中(尤其是闭口风洞)模拟无界大气中的流场,必然会带来洞壁干扰问题.风洞边界对模型绕流流场的横向约束称为"实体阻塞",对模型尾流流场的横向约束称为"尾流阻塞".实体阻塞和尾流阻塞这两种洞壁干扰即为阻塞效应.阻塞效应在某些情况下对试验数据有严重影响,以阻塞比为15％的飞机模型风洞试验为例,阻力系数修正值达到被测真值的88％。本文基于两组风洞试验数据的对比，分析了阻塞比较大时，实际工程风洞试验会普遍遇到因阻塞效应而造成的数据畸变问题及其特点。研究发现：阻塞效应对风压数据的影响不可忽视，在阻塞比较大时，试验数据会严重失真，其平均风压系数和根方差风压系数绝对差值甚至与小阻塞比工况的风压系数大小相当；阻塞效应对风压系数的影响沿高度明显变化，相对于正压区风压系数，阻塞效应对侧面和背面负压区的影响更大；对矩形截面建筑风洞试验，阻塞效应机理复杂，至今未有普适性的理论和修正方法，合理确定模型比例以控制阻塞效应尤为重要；在具有较多低矮周边建筑的风洞试验中，进行阻塞效应修正时，不能直接对结构整体进行修正，而应考虑不同高度处的阻塞程度及其互相关性，尤其要考虑到建筑物中下部的阻塞情况。
  • 摘要：随着我国铁路建设的迅速发展,大跨度铁路站房屋盖结构的风效应分析与抗风设计方法已成为结构风工程研究的一个重要方向.本文以哈尔滨西客站站房屋盖结构为研究对象，采用刚性模型同步测压试验获得建筑表面的脉动风荷载信息，应用本征正交分解技术对风压场进行重构及预测；应用时程分析方法计算结构风致响应，相当于考虑了所有振型的贡献，并考察了下部结构对屋盖风致响应的影响；在此基础上应用多目标等效方法获得了针对节点位移和杆件内力的等效静力风荷载分布，并将计算结果与实际动力极值响应进行了对比。研究表明：(1)对随机风压场进行POD分解，获得的本征模态与脉动风压间存在明显的相关性，因而具有明确的物理意义，对能量占优的前若干阶本征模态进行插值，可有效提高荷载的空间分辨率，进而为结构风致响应分析提供依据。(2)对于该类大跨度铁路站房，下部结构可能导致屋盖结构的刚度弱化，进而导致对屋盖结构位移和内力响应的低估，应在抗风设计中予以充分考虑。(3)针对空间结构的风荷载作用特点，提出了一种考虑多目标的等效静风荷载分析方法，利用该方法计算了静力等效风荷载，并对等效结果进行了验证，结果表明该方法可以实现以少量静力风荷载分布形式实现所有响应均与动力极值响应等效，达到了简化结构抗风设计的目的。
  • 摘要：基于良态气候条件下,近30年来国外学者对低矮房屋表面风压开展了大量的现场实测和风洞对比实验,研究了低矮房屋表面风压分布特征,然而相对缺乏对近地台风湍流结构和低矮房屋风效应的同步实测研究.文中基于双坡实验房及测风塔监测到的0905号台风“苏迪罗”、0913号台风“彩虹”、0916号台风“凯萨娜”、0917号台风“芭玛”登陆期间的脉动风压和风速数据，研究了地边界层平均风速剖面、湍流度剖面分布规律等风特性，以及屋面的平均风压分布和屋面角部、屋脊角部区域的局部峰值负压特征。结果表明：登陆台风近地100m以内，边界层平均风速剖面符合对数律和指数律分布，与良态季风条件下相比，摩擦速度值、地面粗糙度长度、α值等相对变大。α值与规范对A类地貌规定值基本一致。平均湍流强度剖面符合指数律，与季风相比实测值湍流度相对增大20%以上，在ASCE规范规定值范围以内。垂直屋脊方向风作用下迎风屋面屋檐区域、背风屋面屋脊区域、屋面角部区域的测点具有较高峰值负压系数和较大平均风压系数；在斜向风作用下，迎风屋面屋脊边缘角部测点、屋檐角部区气流发生较强的分离和旋涡脱落，易形成较高的局部峰值负压系数和较大的脉动风压系数。
  • 摘要：福建土楼是特指分布在闽西和闽南山区那种适应大家族聚居、具有突出防卫功能,并且采用夯土墙和木梁柱共同承重的多层的巨型低矮居住建筑.由于其挑檐巨大,当台风袭击时极易被掀翻,而闽西和闽南山区又地处东南沿海台风多发地带,台风造成的土楼屋盖破坏数不胜数.文中选取客家圆形土楼中最有代表性的振福楼为建筑模型，以1/40的比例建立风洞试验模型，进行风洞试验。通过风洞试验和数值模拟所得结果的比较分析，得出以下结论：数值模拟（足尺模型）和风洞试验（缩尺模型）的结果，从整体趋势上看均有较好的吻合。这表明数值模拟方法可以和风洞试验相结合，为土楼的抗风设计提供参考依据。客家圆形土楼振福楼屋盖表面风荷载特性主要表现为：除迎风面外挑屋檐下表面以正压为主外，其余均主要以负压为主。从风洞试验的点体型系数和数值模拟风压分布云图均可见，悬挑屋檐的前缘部分所受的风压是该屋面分区平均风压系数的数倍，成为屋面最危险的地方。屋盖前缘的净风压最大，且变化剧烈。从风流场风速矢量图可以看出，在屋盖悬挑前缘和屋脊处，气流分离现象明显，分离后的气流再附着现象也很明显。总平均风压系数、净风压系数及点风压系数基本上沿着顺风向中心线对称分布，外挑檐区域的变化梯度较大。迎风面屋盖外挑檐部分上下表面净风压力较大，会对挑檐产生很大的向上的力，在台风作用下容易发生破坏。外挑檐净风压系数变化梯度明显大于内挑檐。所以，对屋盖来说外挑更加不利。
  • 摘要：我国《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)将结构所处风环境规定为四种不同的地貌,其中A类地貌对应的是海面、海岛、海岸、沙漠地区;而B类地貌则是指的田野、乡村、丛林和房屋比较稀疏的乡镇.本文的项目背景为某工业厂房,其位置离海岸不远,背后是丘陵地带,周围还有大量的周边建筑,在不同的风向角下风场呈现出不同的特征.为了准确地评估其风荷载特性,在A类和B类地貌中分别进行了刚性模型测压风洞试验.分析结构表面典型测点风压谱的分布规律,并运用频域方法计算结构风致响应后,认为结构周边建筑和地貌特征对结构的位移均方根响应和应力响应有着不同程度的影响。当结构短边迎风、流场上游有建筑物阻挡时，B类风场中结构表面测点的风压谱的背景分量明显要大于A类地貌中测点风压谱的背景分量；当上游无干扰结构时，这种差异有减小的趋势。结构上游的干扰会使风压谱能量分布在较窄的频带内，B类地貌时这种能量频域集中的现象要比A类地貌中的更为明显，当能量集中的频率范围与结构自振频率接近时，该现象会增加结构风致动力破坏的概率。
  • 摘要：近海风机塔架作为一种高柔结构,其自振频率范围通常位于来流风谱和海浪谱的卓越频率段内,因此近海风机塔架是一种典型的风浪敏感性结构.本文基于风场模拟理论，对叶轮运动过程中的风机周围风场进行了重现；采用修正的叶素动量理论，计算了叶轮在旋转过程中桨叶的气动荷载，考虑了叶尖和轮毂损失以及桨叶的叶栅效应，基于Ber-noulli理论求得了塔体的风荷载。利用风机塔架的随机风荷载样本和“塔体-基础”一体化有限元模型，在时域上分析了近海风机塔架在风荷载作用下的动力响应。结合算例，讨论了三种不同基础形式：单桩、三角桩和四角桩基础对风致响应的影响。研究发现：风机叶片的旋转会显著改变桨叶上脉动风速谱的能量分布，叶轮旋转使风谱中的低频成分向高频方向转移，通过旋转取样方法而获得的风速时程样本能够较好地反映这一变化；采用基于动态尾流模型的修正BEM方法计算得到的叶轮气动荷载能更真实地反映叶轮的旋转效应，结果对比分析显示，传统的平衡尾流模型过高估计了叶轮的风荷载脉动；通过对多种塔体-基础一体化模型进行风致动力响应分析可知，当土体刚度发生变化时，三角桩基础在位移响应方面较其他基础形式更为敏感。对于采用三角桩和单桩基础的风机塔架，假设塔底完全固定的计算误差较大，结构分析时应考虑塔体-基础共同作用的影响。
  • 摘要：我国东南沿海地区经常遭受热带风暴的影响,每次台风过后,都有大量的房屋损坏甚至倒塌,台风所造成的巨大人员伤亡和财产损失主要由低矮房屋的风毁造成.现行的建筑结构荷载规范中关于风荷载的平均风和脉动风特性大部分是根据季候风的研究结果得到的.由于没有考虑台风等极端气候条件下的风特性,根据普通季风气候得到的风荷载偏小,其结果是导致建筑结构不安全.文中利用芦潮港测风塔实测资料，根据不同高度处的测得的数据结果，对两次台风“麦莎”、“卡努”以及季风的风速风向、湍流度以及相关性等近地风场特性分别进行了分析。风速风向、剖面特点：台风过境时平均风速风向快速变化，平均风速剖面用指数率拟合效果较好，幂指数随风速增大而趋近于一稳定常数值(0.18)；两次台风幂指数随风向变化幅度大但趋势一致(0.05～0.30)，而全年普通季风幂指数变化幅度小(0.10～0.32)，但脉动性大，总之幂指数较我国规范A类场地值大。湍流度变化特点：湍流度在风速风向都剧烈变化时有突变，受地面粗糙度的影响，高度越低，湍流度越大，低风速时湍流度对平均风速敏感；风速较大时湍流度随平均风速增大而增大，l0m高度处湍流度随幂指数增大而呈指数增大趋势。
  • 摘要：下击暴流是一种局部的极端自然现象.分析下击暴流风场特性是雷暴多发地区研究风荷载作用和建筑结构抗风设计的工作前提。基于壁面射流理论，本文对考虑俯冲角的下击暴流风场进行数值模拟，获得了下击暴流风场径向风速的竖向和径向剖面分布。结果表明：(1)根据下击暴流的发生机理，采用考虑俯冲角的壁面射流模型模拟下击暴流风场，与实际情况吻合更好，能够更真实地反应风场特性。(2)俯冲角对风场的竖向剖面有明显的影响。随着俯冲角的增大，前冲区最大风速竖向位置逐渐提高，最大风速值增大，近地表面风速增加明显；随着俯冲角的减小，后冲区最大风速竖向位置逐渐降低，最大风速值减小。(3)俯冲角对风场径向剖面影响显著。随着俯冲角的增大，前冲区最大风速径向位置逐渐增大，最大风速值先增大后减小，并出现“削峰填谷”现象，风场趋于均匀；随着俯冲角的减小，后冲区最大风速径向位置逐渐减小，最大风速值减小。同时，本文的模拟结果也可作为研究移动型下击暴流风场的瞬时状态的参考。
  • 摘要：目前国内的大跨度桥梁的抗风问题主要集中在加劲梁颤振、加劲梁涡振和斜拉索涡振这三个方面,解决问题的途径主要是采用增设气动措施、调整附属设施结构以改变其气动外形,破坏原有的旋涡脱落方式.对于加劲梁而言，改变栏杆形式是增加工程造价最少,对主梁结构受力影响最小的措施,也是最能为设计者和建设方所采纳的方案.作者曾通过常规比例的桥梁节段模型试验，对不同的栏杆扶手形式进行了涡振抑制效果研究，发现采用扶手外翻45°并粘贴挡风板的措施可有效降低+3°攻角下的涡振振幅。在此基础上，适当宽度和仰角的栏杆扶手，可起到抑制涡振的作用，故提出翼型扶手栏杆模型。翼型扶手抗风栏杆能有效地改变箱梁表面的气动力分布和气动力卓越频率，使局部气动力和整体气动力的相关性极大地削弱，有效地抑制了涡激共振现象发生，是易于工程采用的有效的涡振抑制手段，其将在大跨度桥梁的抗风性能提升方面发挥巨大的作用。
  • 摘要：在大跨度铁路桥梁抗风设计中，对桥梁抗风性能的研究是必不可少的。抗风性能的检算可分为静力检算和动力检算，静力检算是以设计风速为依据来计算作用于桥梁结构上的风荷载，按照静力学的检验方法来检算桥梁结构在该风荷载作用下，结构是否安全，这就要求要准确掌握多榀桁架梁的风荷载计算方法，本文针对大跨度铁路多榀桁架桥的风荷载进行了研究。结合多榀桁架梁的风荷载作用的影响因素的分析，如桁架的挡风系数币对风载阻力系数的影响、单榀桁架的宽高比b/h对风载阻力系数的影响、多榀桁架的桁间距与桁高之比对风载阻力系数的影响等，提出了一种迎风桁架的风载阻力的等比递减法。计算表明该方法合理、简便，可靠性和准确性较高。
  • 摘要：流场计算的传统数值方法主要包括有限差分法、有限体积法和有限单元法等低精度方法,通过增大网格密度也能得到较高精度的结果,但计算量也会随网格数量的增加而成倍增长,特别对于风场等大体积域内的流场计算,提高网格密度所带来的计算成本的增长在当前的计算技术和计算机水平下仍是无法接受的.微分求积法是一种高效的数值计算方法，对于具有全局性光滑解的问题，该方法可以采用少量的网格获得高精度的结果。本文通过驱动方腔流及圆柱绕流问题的微分求积解证明了这一方法在流场模拟中的适用性。但是对于高雷诺数和不规则边界问题，传统的微分求积法还存在很大问题。局部微分求积和基于径向基函数的微分求积法似乎可以解决这两个问题，笔者接下来的工作就是基于这两个最新进展探讨微分求积法在复杂地形流场模拟中的应用。
  • 摘要：随着经济和社会的发展,公路桥梁上的车辆数目急剧增加.大量车辆在桥梁上的行驶改变了桥梁的局部动力特性,然而,桥梁在横风中的振动也会影响行车安全.因此,为保障车辆的行车安全和桥梁的正常使用,研究风—车—桥系统的相互作用十分必要.文章通过CFD方法对桥梁单体，车桥系统在横风中不同攻角进行了数值模拟，研究了车辆与桥梁气动特性的相互影响。研究表明：在考虑车辆与桥梁的耦合作用时，桥梁断面的阻力系数、升力系数及升力矩系数均增大；考虑攻角变化时，桥梁阻力系数和升力系数随攻角增大而增大，桥梁升力矩系数随攻角增大而减小；桥梁上车辆的气动力系数随攻角的变化而变化。侧向力系数在0°时达到极大值，升力系数随攻角增大微小增长，侧倾力矩系数随攻角增大而减小；因此，在研究风-车-桥耦合振动中，应考虑车辆对桥梁的气动影响和风致振动引起桥梁攻角变化对车辆气动特性的影响。
  • 摘要：拟建的北盘江大桥位于杭州至瑞丽高速公路线(贵州境)毕节至都格段的北盘江上,为双塔斜拉桥.大桥跨度大、塔很高，结构自振频率低，对风的作用非常敏感，运营和施工中的抗风安全是大桥设计的控制因素之一。建议的桥址所在地区基本风速。本文通过地面气象观测资料计算和CFD数值模拟计算，结合虚拟气象站回归计算方法对桥址区的风特性进行较为系统的研究，初步确定了北盘江大桥抗风设计的相关风场特性参数。结果表明：气象统计资料计算表明，北盘江大桥桥址处近40年历史最大平均风速为20.9m/s，最大瞬时风速为27.4m/s；综合气象资料以及虚拟气象站的回归分析，北盘江大桥桥位区的百年一遇基本风速为26.03 m/s；三维CFD风场计算数据表明，顺峡谷走向±10°来风时，北盘江大桥桥跨范围内风攻角在±6°范围，中跨桥面测点攻角均在±3°范围内，在风从河流下游往上游吹时，平均风速放大系数的最大值为1.22；由经验公式得到的山谷效应修正系数与CFD计算获得最大平均修正系数吻合性较好；桥面高度处的设计风速可取为31.85 m/s按照主梁设计基准风速，分别推算各个桥塔（墩）的Vl0以此计算桥塔（墩）的风剖面来进行受力分析更符合实际受力。
  • 摘要：在斜拉索风雨振的研究中,研究人员发现在没有降雨,或者降雨量很小,或降雨已经停止的情况下,斜拉索也可能发生大幅振动,现场观测、足尺模型观测、风洞试验等都有这方面的报道.本文从雷诺数效应入手，通过风洞试验研究了没有水线时斜拉索雷诺数效应与振动的关系、水线对雷诺数效应的影响，以及对斜拉索气动稳定性的影响，通过斜拉索在临界雷诺数区域的气动特性，分析无雨或降雨状态下斜拉索发生振动的机理。在临界雷诺数区域，力系数及周围流场的变化特性可能导致斜拉索发生大幅振动，这可能是干索驰振的机理。随着斜拉索表面粗糙度的增加，雷诺数效应减弱，在临界雷诺数区域发生振动的振幅减小。水线能明显影响力系数随雷诺数的变化规律，其大小和变化规律与振动有着十分密切的关系。在较低的水线位置，随着雷诺数的上升，伴随着阻力系数的减小，升力系数大幅增大，发生类似临界雷诺数的效应，力系数随水线位置的变化规律导致驰振系数为负，在这种情况下发生大幅振动，用临界雷诺数效应和驰振均可解释。在较高的雷诺数下，伴随着阻力系数的减小，升力系数大幅变化，每个水线位置都发生了不同程度地振动，该振动的机理可能与临界雷诺数效应导致的振动类似。
  • 摘要：从Den Hartog首次解释覆冰导线驰振机理至今,研究者对大量形状的覆冰导线气动力进行了测试,根据目前的驰振不稳定性判断准则,有多种形状覆冰导线属于气动不稳定性截面,其中D形截面、月牙形截面(或者类似月牙形)和几种实际覆冰形状都被广泛应用在驰振分析中.由于导线覆冰具有很强的随机性,不仅受大范围天气形势和凝冻条件控制,而且与线路所在位置的微地形相关因素有关,因此开展多种导线覆冰形状气动力及驰振稳定性研究是非常有必要的.本文通过高频天平测力风洞试验研究了8种扇形覆冰导线气动力特性，分析了各种覆冰导线驰振稳定性，讨论了紊流度、覆冰形状对扇形覆冰导线驰振气动力及驰振稳定性的影响。通过分析发现：覆冰厚度的增大并未改变平均气动力随风向角的变化规律，但是覆冰厚度增大增强了截面承受的气动升力，紊流度的增高有助于减小覆冰导线承受的平均气动力；8种扇形覆冰导线均有发生驰振的可能，不同类型的覆冰导线对应的驰振不稳定风向角范围不同，覆冰厚度的增加对不稳定风向角范围和驰振临界风速均有影响，紊流度的增加提高了可能的驰振临界风速，因此高紊流度对驰振有一定的抑制作用。
  • 摘要：澧水河特大悬索桥为主跨856m的单跨钢桁加劲梁悬索桥.猫道结构是悬索桥主缆架设施工的工作平台，其结构构成主要由猫道承重索、猫道面层、栏杆及扶手、抗风系统、门架系统、横向天桥及各锚固连接等构成。文中采用大型通用有限元程序ANSYS的模态分析模块对猫道结构进行动力特性分析。根据猫道节段模型静力三分力的试验结果，可以发现其静力三分力有下述特点：当风攻角较小时，升力系数可能为负值，即升力方向向下，风攻角逐渐增大时，升力系数变为正值，即升力方向转为向上，且大小随风攻角的增大而增大。猫道的静风响应计算是考虑猫道几何非线性和静风荷载非线性的静力分析过程。文中还利用ANSYS对澧水河大桥猫道进行了三维静风失稳计算。
  • 摘要：随着大跨度双幅桥面桥梁数量的增加,双幅桥面桥梁主梁之间的气动干扰将不容忽视,是这类桥梁抗风设计最为关注的问题之一.通过对串列双幅断面三分力系数及颤振稳定性的气动干扰效应试验和数值模拟研究，得到如下主要结论：(l)总体而言，上游断面阻力系数与单幅断面比较接近，下游断面阻力系数则随间距比的增加而增加；上游断面升力系数、升力矩系数脉动根方差气动干扰因子明显小于下游断面升力系数脉动根方差气动干扰因子，两者均随间距比D/B先增加后减小。(2)串列三类典型断面发生颤振失稳时，下游断面先发生颤振失稳，上游断面后发生颤振失稳，串列双幅钝体断面（矩形、π形）间距比D/B=0.2及0.5时，颤振临界风速低于单幅断面颤振临界风速，当D/B≥l时，颤振临界风速均大于单幅断面颤振临界风速。(3)串列流线型断面颤振临界风速随间距比的增加而增加，在试验间距范围内均小于单幅流线型断面的颤振临界风速。
  • 摘要：跨海大桥的建设带来交通便捷的同时,也带来了强侧风作用下桥面行车安全的问题.近年来,关于风致行车安全的研究已有不少报道.由于侧风的作用以及车辆和桥梁运动的相互耦合,桥上行车安全的研究涉及复杂的风—汽车—桥梁耦合振动分析系统.本文拟以杭州湾跨海大桥为工程背景，以桑塔纳小汽车和箱式货车为分析对象，研究了脉动风和路面粗糙度的随机过程性对行车安全可靠度的影响，给出了同时考虑平均风的随机性和激励的随机过程性的行车安全可靠度，并论证了经典动力可靠度理论对该问题的适用性。结果表明：桑塔纳小汽车的行驶安全可靠度比箱式货车更易受随机过程性的影响。
  • 摘要：随着桥梁跨径的不断增大,颤振稳定性成为大跨度桥梁抗风设计的关键问题之一.近流线型钢箱梁具有良好的气动性能,是大跨度桥梁常用的加劲梁断面.当闭口钢箱梁断面不能满足颤振稳定要求时,中央开槽是提高颤振临界风速的有效气动措施.本文对计算流体力学软件FLUENT进行二次开发,建立二维弯曲、扭转流固耦合模型,对箱梁及其不同开槽宽度时的颤振临界风速进行数值仿真计算.结果表明：通过对FLUENT二次开发计算颤振临界风速值和风洞试验基本吻合；钢箱梁中央开槽适当宽度可以提高颤振临界风速。
  • 摘要：自20世纪中叶至今半个多世纪以来,在早期航空学的基础上,国内外研究者在钝体桥梁空气动力学方面的研究取得了巨大的成就.桥梁跨径不断飞跃,其主要原因之一正是钝体桥梁空气动力学以及大气边界层风特性方面的研究积累.然而,钝体桥梁空气动力学中一些棘手的问题也越来越明显地在工程实践中暴露出来.这里主要给出以下两个方面:对钝体断面气动导纳的性质认识不足和对颤抖振理论中非定常气动力的处理方面认识不足。文章从空气动力学与机翼理论入手说明上面两个问题可以归结为桥梁断面非定常气动力的可叠加性，或者说可叠加的近似程度。文中的理论探讨表明，理想流线型二维机翼断面的相对风速沿宽度方向的分布，无论是线性（刚体运动）还是非线性分布，均可表示成一般的级数形式。与之相应的是，断面非定常气动力的解答也可采用Bessel函数表示成一般的形式。根据一般解形式，刚性运动与紊流产生的气动力可线性叠加，且竖向脉动风速产生的气动力效应不能等效成断面竖向刚性运动的效应。从分析中不难发现，薄机翼非定常气动力可叠加的前提条件在钝体断面中均不满足，然而多年来桥梁风工程中的颤抖振理论模型一直建立在非定常气动力可叠加的假定上，而人们对桥梁气动导纳的研究也是以这一假定为指导思想。然而，在这样的指导思想及理论模型下，我们并不能准确地完成桥梁风振随机响应的理论分析，这不得不令人深思。钝体桥梁断面非定常气动力的关键问题是：是否存在只依赖于折算频率而独立于风场特性以及结构运动的气动导纳函数；是否存在只依赖于折算频率而独立于风场特性以及结构运动的颤振导数来描述非定常自激力。
  • 摘要：雷暴冲击风产生的极端风速对建筑物的破坏作用明显.针对其稳态风场,本文采用符合设计习惯的风荷载计算形式,给出了雷暴冲击风下的风压高度变化系数以及体型系数的计算方法.以球壳型、拱型两种曲面屋盖为研究对象,研究了雷暴冲击风下的风压分布特征.通过对运动雷暴冲击风风场的试验研究,获得了其水平平均风速时程的经验模型.最后研究了雷暴冲击风作用下的输电铁塔风振响应.
  • 摘要：三水河特大桥是在西部山区建造的特大跨度高墩公路桥梁，本项研究以该工程为背景,研究山区风特性,为研究三水河特大桥的抗风性能提供有效参数.为确保该桥施工阶段的抗风安全，有必要通过风洞试验对其进行抗风性能研究。三水河特大桥桥位风环境地形模型风洞试验研究由长安大学风洞实验室承担。研究了八个不同风向越山风作用下的桥位处风特性，定义横桥向上游（北侧）为270°风向角，角度随顺时针旋转增加。研究结果显示：对于山区地形，当来流与山地走向一致时风剖面可也用幂指数函数来描述，其他风向角受山地影响较大的情况下风剖面不能用幂指数函数描述；三水河大桥桥址处通过试验拟合得到的地表粗糙度指数为0.142，梯度风高度为327.5m，以此计算求得三水河大桥的设计基准风速为43.86m/s；山区地形具有各向异性特征，湍流强度随风向角及桥墩位置变化而变化，山坡处湍流强度明显大于远离山坡处的测点，桥面高度湍流强度大于15%。
  • 摘要：等离子体流动控制技术是一种新型的主动流动控制技术.电晕放电产生的等离子体在电场的作用下,可以使气流加速.本文采用自研的120kV脉冲直流电源,研究了电晕放电的激励电压、电极形状对空气加速作用的影响.还在低速风洞研究了电晕放电对平板和翼型流动分离的控制作用,试验风速为10m/s,用激光粒子测速技术对电晕放电作用下平板及翼型的流场特性进行了测量.研究结果表明,电晕放电可以有效地对平板和翼型的绕流进行控制,推迟气流分离的产生,显著改善绕流的流场特性.
  • 摘要：近年来,武汉大学结构风工程研究所在高层、高耸结构抗风研究与工程咨询中发现并提炼出若干科学问题,进而在国家自然科学基金的资助下对这些问题开展了较深入的研究.本文简要介绍了对输电塔线体系风荷载模型与风振响应分析方法，通过测得塔上各控制点的风振响应及线的动张力，进而在识别出体系低阶频率与阻尼的基础上，采用逆虚拟激励法，反演得到格构式输电塔顺、横、扭三维频域风荷载模型；通过风洞试验揭示了在l×104~1.9×l04雷诺数范围内矩形、八角形超高建筑在均匀流场和各种紊流场中平均风荷载和动力风荷载的雷诺数效应，得到了在上述雷诺数范围内矩形超高建筑风荷载在幅域和频域的变化特征和变化规律，以及紊流度与表面粗糙度对矩形超高建筑模型表面风压雷诺数效应的影响；矩形风荷载模型的气弹效应，通过矩形高层建筑模型二维强迫振动测压风洞试验，得到了超高建筑在顺风向、横风向定幅、定频振动对其动力风荷载均方根阻力系数与均方根升力系数的改变量，同时在时域，采用基于改进的随机减量技术结合小波分析方法分析了超高层建筑多自由度与单自由度气弹模型的顺风向、横风向气动阻尼比，并提出相应的经验公式；超高建筑涡激共振锁定是非定常流场中结构的强耦合振动问题，在风洞试验数据的基础上建立半经验、半理论的涡激共振振子模型，该模型能够准确地预测均匀流场中矩形超高结构线性单自由度模型涡激共振锁定风速范围与涡激共振响应。
  • 摘要：在桥上设置挡风屏能有效降低列车所承受的风荷载,提高列车的倾覆临界风速及行车安全性,工程上常采用设置挡风屏的措施来提高强风地区列车运营通过能力.通常,由于桥梁孔板式挡风屏开孔较多,而CFD技术对网格尺寸的要求十分严格,数值模拟中很难实现精确的建模.因此,目前我国对桥梁挡风屏防风效果的研究主要以风洞模型试验为主,而数值模拟鲜有报道. 本文利用CFD数值模拟技术，基于多孔介质模型，研究了圆孔板挡风屏的阻力特性，随后系统地讨论了桥梁挡风屏参数对桥上列车气动力系数的影响，并与风洞模型试验进行比较分析。研究表明：以多孔介质模型模拟桥梁挡风屏，可以获得较为准确的解，而多孔介质计算所需的挡风屏阻力参数可以通过数值风洞技术方便的获得；给出了桥梁挡风屏和列车周围流场的静压分布云图，有助于研究挡风屏的防风机理，对设计方案进行改进优化；列车阻力系数和力矩系数表现出一致的变化规律，侧向阻力是侧翻力矩的主要贡献成分；随着挡风屏高度的增加，列车阻力系数与力矩系数的绝对值逐渐减小；随着挡风屏透风率的降低，列车的阻力系数与力矩系数逐渐减小；列车气动力系数随挡风屏参数变化的研究成果对工程应用有直接的参考借鉴价值。
  • 摘要：涡激振动是大跨度桥梁在低风速下很容易出现的一种风致振动现象,涡激振动带有自激性质,但振动的结构反过来会对涡脱形成某种反馈作用,使得涡振振幅受到限制,因此涡激共振是一种带有自激性质的风致限幅振动.尽管涡激振动不至于短期内导致桥梁垮塌,但由于是低风速下常容易发生的振动,且振幅之大足以影响行车安全,因而在施工或者成桥阶段避免涡激共振或限制其振幅在可接受的范围之内具有十分重要的意义.抑制涡激振动的措施主要分为阻尼措施和气动措施。阻尼措施主要是调谐质量阻尼器，气动措施有导流板、设置凸点等措施，然而关于腹板斜率及中央开槽率对涡振性能的影响的研究相对较少，本文以某三跨斜拉桥为例，研究腹板斜率及中央开槽率对大跨度分离式箱形断面竖向涡振性能的影响。研究表明：腹板斜率及中央开槽率直接影响分离式箱形断面的涡振性能，可作为控制涡振性能的有效气动措施；尽管增大腹板倾角并不能使所有涡激锁定区间消失，但增大腹板倾角，整体性地提高断面的气动性能；分离式箱形断面的涡振性能同开槽率有密切关系，并且存在一个最优开槽率，当开槽率偏离最优开槽率较大时，中央开槽的涡振控制效果将不能充分发挥。
  • 摘要：本文以处于初步设计阶段的黄河小沙湾斜拉桥为背景,该桥两塔墩一高一低,具有不同于常规桥梁的独特的动力性能.研究发现：高低塔墩不对称斜拉桥的模态表现出明显的三维性和不对称性，模态的三维性影响结构的振动频率和等效质量、等效质量惯矩，从而对颤振稳定性产生一定的影响；高低塔墩不对称斜拉桥的等效质量惯矩明显高于对称斜拉桥，而频率变化不大，说明高低塔墩不对称斜拉桥扭转振型的“不纯”，即扭转振型中其他模态的耦合，耦合的模态起到了减振耗能的作用，使高低塔墩不对称斜拉桥的等效质量惯矩与常规对称斜拉桥相比偏大，从而提高了颤振稳定性。H形塔平行索面体系提高最为明显，A塔和倒Y塔斜索面体系提高不明显。
  • 摘要：50年一遇最大10min平均风速是风电场规划建设需要考虑的一个重要参数.目前我国的风电项目开发中,一般先根据邻近气象台站多年观测资料估算10m高度50年一遇风速,再推算出风电场不同高度50年一遇风速.因此,气象台站风观测资料质量直接影响到风电场不同高度50年一遇风速.目前一般采用极值Ⅰ型函数计算风电场50年一遇风速，主要影响因素为样本的标准偏差和平均值，其中样本的标准偏差变化对50年一遇风速的影响，比平均值的变化影响大。标准偏差增加或减小1 m/s对50年一遇风速的影响，大约是平均值增加或减小1m/s对50年一遇风速影响的3倍。气象台站迁站、仪器更新及周边观测环境变化，影响了资料序列的均一性，使得订正前后序列的均值和标准偏差均发生了变化，从而影响了50年一遇风速。一般情况下，均一性订正后序列的标准偏差越大，误差可能越大；均一性订正前原始序列的衰减系数或趋势线斜率越大，误差也可能越大；订正的样本数越多，误差也可能越大。气象台站测风仪高度一般为10.5m，风机设计对应的50年一遇风速高度一般为70m，风速一般随高度增加而增大，测风塔70m高度50年一遇风速增加或减小量大约是气象台站增加或减小量的1.1-1.4倍，即气象台站50年一遇风速出现误差，将导致测风塔70m高度50年一遇风速出现更大误差。因此，风电场设计50年一遇风速时，对选用的气象台站逐年lOmin最大平均风速序列进行均一性订正非常必要。
  • 摘要：以往的研究认为,斜拉桥拉索发生风雨激振的雷诺数(Re数)处在亚临界区.但随着斜拉桥跨度的增大,拉索直径有增大的趋势,拉索发生风雨激振时的Re数很可能进入临界区(临界区雷诺数处在2.0×105 ～5×105之间).在风洞中对拉索节段模型进行风洞试验是研究拉索风雨激振的振动特性和发生机理的主要手段之一.本文在临界Re数下，对带上人工水线的三维拉索节段模型进行了同步测压风洞试验。系统测量上水线在不同位置时三维拉索节段表面风压，研究风向角对带人工水线拉索气动性能的影响，对临界Re数下拉索的气动稳定性进行了分析，研究结果：拉索表面的平均风压分布对上水线位置非常敏感，不同位置的上水线会改变拉索表面的流体分离和分离流的再附，从而导致拉索表面平均风压分布随着上水线位置的改变而变化剧烈；与亚临界区相比，临界雷诺数下的气动力系数随水线位置变化的曲线形态有显著差异，基于准定常假定，在临界雷诺数下，拉索仍有发生风雨激振的可能性，但发生的可能性较亚临界区降低了；风向角是影响拉索气动性能的又一重要因素，风向角会改变拉索表面风压、气动失稳可能性和失稳区域。
  • 摘要：风敏感性是在结构风工程领域经常提及的一个概念,对结构风敏感性的判断直接影响到相应的结构抗风设计策略.在高层结构的抗风设计中,大多根据建筑物的高宽比、基频等指标,对高层结构的风敏感度进行划分,并采取相应的设计策略.但是对于大跨屋盖结构,由于结构形式复杂,尚无明确提法.本文通过对脉动风荷载特性与结构动力特性的探讨，将影响结构风振响应的主要因素概括为尺度、频率和模态三种关键效应，在此基础上提出了结构风敏感度的概念；以系统应变能为响应指标、以三个关键效应系数表示的结构风敏感度计算公式，实现对风敏感性问题定量刻画，并使得该问题得以简化；风敏感度较好地反映了结构的风振响应特征，揭示了结构抗风问题的本质特性。
  • 摘要：目前的研究方法中,不论是何种类型的大跨空间结构,大多采用相同的分析方法,包括复杂的动力分析以及等效静风荷载确定过程.事实上,解决上述问题的关键在于要将结构的抗风设计方法与结构的风振响应特性紧密联系起来,根据不同结构的响应特点采用针对性的分析方法,这样既保证了分析精度,又可根据不同结构的特点采取不同的分析假定,从而很大程度上简化了结构的抗风设计——这实质上就是结构抗风设计分级问题.基于此，本文构建了基于风敏感度的结构抗风设计分级体系，以反映不同等级结构的抗风设计特性，并使其抗风设计得到简化。利用本文结构分级方法对典型大跨空间结构进行分析，研究表明：单层球壳结构属于不敏感结构；悬挑屋盖属于敏感结构A；鞍形索网属于敏感结构B；单层柱面网壳结构属于中等敏感结构；对平板网架结构，当基频大于2.0Hz时属于中等敏感结构，小于2.0Hz时属于敏感结构A。
  • 摘要：模态叠加法是一种常用的结构动力响应分析的频域方法.计算过程选用的振型仅与结构的自振特性有关而没有考虑风荷载的特性,往往很难确定选用多少阶模态能获得准确的响应结果,如果截取模态数太少可能忽略高阶模态的贡献.此外,对于截取的模态缺乏挑选控制的标准,不管对响应贡献大小,这些模态均被包含在内.这导致对响应贡献很小的模态也可能被考虑在内,影响了计算效率.为了克服传统模态叠加法的一些不足,需要探寻计算屋盖结构风致响应的非传统计算方法.文中对POD和块里兹向量法相结合的大跨屋盖风致响应高效计算方法进行研究，探寻了计算过程中有关参数的含义。利用风洞试验同步测量的风压数据，对两种矢跨比的单层球面网壳结构进行风致响应计算。研究发现：POD为块里兹向量法提供了确定风荷载空间分布模式的良好手段，两者的结合使得计算过程中的各个参数的意义更加清晰；单层球面网壳结构风致响应计算过程中由于存在高阶模态对响应贡献较大的现象，因此，采用块里兹向量法和POD技术相结合的方法有助于实现高效的风致响应计算。
  • 摘要：薄膜结构属于典型的轻质柔性体系,对地震力具有良好的适应性,而对脉动风荷载的作用十分敏感,风荷载是结构设计中的主要控制荷载.大跨度单向屋盖结构形状简单,可简化为二维问题处理,结构仅有一个方向的曲率,形状稳定性较差,易发生自激振荡现象.本文针对大跨度单向屋盖结构的流固耦合性能进行了研究，分别介绍了风洞试验研究与CFD数值模拟研究；探讨了来流风速、屋面质量和初始预张力等参数对结构流固耦合特性的影响。计算表明，在结构运动初期，气流首先在屋盖前缘分离，屋盖前半部分在风吸力的作用下逐渐抬起，此时涡的能量完全转化为屋面升高的势能，因此涡不再向下游迁移。由于来流不断给涡输入新的能量，因此当涡具备足够克服屋盖势能的动能后，开始逐步向下游迁移；与此同时，屋面位移的最高点也随之向下游移动，使屋面产生类似行波的运动。在最初形成的涡向下游迁移过程中，在屋盖前缘又不断形成新的旋涡，屋面也随着这一系列涡的迁移呈现出涡致振动的特征.
  • 摘要：由于构造上的特殊性,输电塔所受风荷载很难进行测量,而且就测量精度来说,响应量的测量精度比荷载的测量精度要高.因此利用结构的实测响应量来反演结构的动力荷载,是建立输电塔的动力风荷载模型的重要手段.为了从风洞试验测量的位移响应中较好地识别出钢管混凝土输电塔的风荷载，本文对荷载识别过程进行了模拟，得到一些对实际风洞试验具有重要指导价值的结论：①测量精度对荷载识别的精度具有决定性的影响，其应达到mm级；②测点的数目和位置、模态数等对荷载识别的精度具有重要影响，它们需要根据具体的结构通过数值模拟来确定；③荷载识别误差对风荷载系数不是很敏感。
  • 摘要：近年来单层索网结构被广泛应用于玻璃幕墙建筑中,代表着大尺度幕墙结构的发展趋势.但由于索网结构质量轻,阻尼小,对风荷载较为敏感,其风致振动一直是困扰设计人员的重要问题.本文结合某大型索网幕墙，综合运用数值模拟和气弹模型试验等手段对该索网幕墙的风荷载及风效应进行了分析、研究，为幕墙整体结构设计提供了十分有用的参考数据和结论：(1)通过CFD数值模拟可给出索网幕墙表面体型系数和风压分布，为结构设计提供详细的平均风荷载数据，且根据数值模拟结果可确定结构的不利处，进而指导气弹模型制作。(2)索网幕墙气弹模型测振试验得到了弹性建筑物的位移、加速度响应，并给出了用于结构设计的风振系数。相同的风速变化，索网幕墙在迎风时结构位移响应变化率较侧背风时大。加速度均随着风速增加而单调增加，在高风速下加速度响应对风速变化更为敏感。结构的风振系数随风向变化显著，但与风速无明显关系。(3)CFD数值模拟方法与气弹模型试验方法结合，即将索网幕墙各区体型系数与风振系数相乘，再根据规范查得结构的基本风压和风压高度变化系数，可得到供结构设计采用的等效静风荷载标准值。
  • 摘要：现场实测是研究结构风效应最直接和最可靠的手段,我国对于既有高层建筑现场实测的研究已经取得了一些有意义成果.即便如此，对台风作用下超高层建筑风场的观测研究还是比较少，对超高层建筑表面多测点风压实测方面的研究则更加缺乏。为此选择了厦门市观音山营运中心11号楼为研究对象，进行了超高层建筑风场和风压特性的实测研究工作。通过对台风“凡亚比”登陆前后该楼的风场和建筑表面风压的同步现场监测及数据的统计分析，得到以下结论：获得了近海地区超高层建筑风场湍流度随平均风速增大而减小、阵风因子随湍流度增大而增大等规律，并且发现实测的顺风向及横风向脉动风速谱与Von Karman谱吻合较好；建筑各面内及各面间不同点的瞬时风压、平均风压、极值风压均具有较强的相关性，基本风压、极值风压与平均风压值亦具有较强的相关性，极值风压系数的绝对值随着风速的增大逐渐减小；当台风垂直吹向建筑的一个面时，迎风面均为正压，其他面均为负压，其中迎风面的风压值非常大，两个侧面的负压值较大，背风面的负压值很小。当台风从建筑对角方向同时吹向建筑的两个面时，两个迎风面均为正压，两个背风面均为负压，且正压和负压均较大。为超高层建筑的安全性和舒适性设计提供可靠依据和设计参数。
  • 摘要：随着高强轻质材料的广泛应用和新型结构体系的出现,超高层建筑向着越来越高、越来越柔、阻尼比越来越小的方向发展,逐渐成为风敏感性结构,其抗风设计已成为需重点考虑的关键因素。为减小超高层建筑的风致阻力，改善其抗风性能，本文将航空航天和流体机械领域中常用的吸气控制技术引入到超高层建筑中，采用计算流体动力学（CFD）方法对侧风面全高或沿高度分段吸气控制下超高层建筑的静力风荷载进行数值模拟研究。利用本文研究结果，可在结构抗风设计时对超高层建筑的风荷载体型系数μs进行折减(比如减小30%-50%)，从而降低工程造价。监测超高层建筑顶部的来流风速，当lOmin的平均来流风速小于超高层建筑的顶部设计风速（由于μs折减了30%-50%，故顶部设计风速相当于基准模型的71%-84%）时，利用结构本身的抗侧刚度来抵抗外部风荷载；当外部来流平均风速较大时，启动吸气控制来改善超高层建筑的气动性能。根据结构本身的抗侧刚度和来流风速的大小确定最佳的吸气控制方案，以使得结构构件的内力或应力、结构的顶部位移和加速度均满足规范要求，从而建立了超高层建筑的双重抗风设计体系，为超高层建筑静力风荷载吸气控制的实际应用和相关的规范修订提供参考。
  • 摘要：风振系数是《建筑结构荷载规范》中定义的一个重要参数.在进行建筑结构设计时,必须在平均风荷载的基础上乘以风振系数,才能得出风荷载标准值.国外规范通常在极值风荷载之上乘以动力放大系数作为等效静风荷载.对于大跨而言,由于振型密集,不能直接采用规范值进行设计,需要借鉴规范中的概念,用随机振动理论计算得出其等效静风荷载.工程实践中，计算复杂大跨空间结构的等效静风荷载有各种不同的方法。本文利用广义坐标合成法，提出基于准定常风荷载时程，计算大跨空间结构等效静风荷载的基本方法。对于大跨结构而言，基于平均荷载进行放大的风振系数法得出的等效静风荷载可能得出不合理的结果。基于准定常风荷载进行计算，可得出更符合实际情况的等效静风荷载。算例分析表明，在表面风压与附加风振力作用方向不一致的情况下，采用风振系数和动力放大系数方法都可能造成对其他响应的高估；此时采用准定常风荷载与均匀附加风振力叠加的处理方法更合理。本文的计算还验证了广义坐标合成法在进行风振计算时的有效性。
  • 摘要：大型重要结构,如桥梁、超高层建筑与大跨空间结构等,在其设计时,虽然经过较大量的计算分析和模型试验,但是否真正抓住结构的精确模型和环境荷载,工程设计是否忽视了某种荷载不利工况或结构的破坏模式,结构本身是否存在安全隐患,这些都是工程建设和设计者非常关注的问题.因此，在大型重要结构中应用结构健康监测技术是非常必要的。结构健康监测指利用布置在结构上的各种类型传感器，运用工程结构、动力学、信号处理、传感技术、通信技术、材料学、模式识别等多学科的知识，实测结构响应并对其进行分析，从而获得结构当前的健康状况，或得到关于结构在其运行环境中老化和退化所导致的完成预期功能变化的实时信息。本文结合深圳市已实施和正在实施的结构健康监测项目，详细介绍结构健康监测系统的组成、功能目标及风力等环境因素影响下的实现过程。结构健康监测系统通常由传感器子系统，数据传输与采集子系统，数据处理与分析子系统，监控中心等部分组成。通过深圳大梅沙万科中心结构健康监测项目和深圳湾体育中心结构健康监测项目的实施，说明结构健康监测可以监测结构施工与运营阶段，风力等荷载作用下的结构响应，为结构的施工和运营安全提供有效可行的手段。
  • 摘要：我国北方多雪地区冬季气温大部分时间在零度以下,降雪易堆积在建筑表面.当气温回升时在建筑表面堆积的冰雪易形成不稳定的高空坠物,对地面上的行人及车辆安全造成了威胁.目前由于我国北方地区高层建筑及大型雕塑等构筑物的不断出现,因而有必要对建筑表面堆积冰雪可能产生的坠落问题进行危险性评估,以便于预防和控制坠落事故.本文主要参考了N．Isyumov的方法，通过数值模拟并结合气象资料，研究降雪在建筑屋盖上的堆积、融化及滑落过程，预测了冰雪坠落事件发生频率并对倾斜面上冰雪坠落的危害性进行评估。最后将该方法应用于一个实际建筑工程，并对其冰雪坠落的情况进行了分析。
  • 摘要：低矮房屋在风灾中首先是围护结构的破坏,根据风压分布特点可以知道,这些破坏主要原因是围护结构所受风荷载的极值超过其承受的能力,因此,减少屋面极值风压和加强房屋的抗风承载力是最为有效的方法.对于平屋面来说,通常认为极值负压发生在屋面角部,一般是由于斜风向时锥形涡造成的.设立女儿墙被认为是一种减小这些高负压的有效方法和手段，其影响与房屋的几何尺寸、女儿墙的相对高度等因素有关。本文针对女儿墙气动效果的主要影响因素进行研究，得出了一些有意义的结论。(1)对于平均风压，当高度较低的时候（h/H≤0.01），女儿墙的出现不但不能减小，反而会增大屋面的最大平均负压；当女儿墙高度继续增加，最大平均负压会急剧减少；但是当其高度达到一定值时（h/H≥0.15），最不利平均风压会在-1.3左右趋于稳定，女儿墙气动效果不随相对高度变化而变化。(2)几种不完全女儿墙的区别主要在于对女儿墙角部的处理，平均风压分布对比之后发现女儿墙角部削减或者开槽对于它的抗风性能影响很大，其中气动作用效果最佳的为角部加高女儿墙，其次为城垛型女儿墙。(3)几种有孔女儿墙（包括百叶窗型）和几种盖板干扰器女儿墙均能明显降低屋面风压，其中效果最佳的是百叶窗型女儿墙。由于百叶窗型女儿墙上的孔洞打碎了了涡的形成，吸收了来流中的能量，并且提高了已经形成的小碎涡的位置，使其远离屋面，降低了对屋面风压的影响，使得屋面楔形区域已经消失不再明显，最大的平均负压仅为-0.4左右。(4)不同女儿墙平屋面的典型测点的脉动功率谱表明，女儿墙的出现具有消耗来流高频成分能量的作用，减小小来流中的脉动高频部分，使屋面上的风压分布更加平稳。
  • 摘要：在我国东南沿海台风重灾省份中,分布着大面积的丘陵山地,建造在复杂的山体地形上的低矮建筑普遍在抗风性能设计方面未引起足够的重视,此类低矮房屋在建造地点上所具有的不同地形地貌特征,使其风场条件各不相同.破坏开始的。因此，通过对山体地形下，低矮房屋屋面风荷载的研究，来揭示山丘风场特性、屋面风压分布规律、风向角及山丘高度对屋面风压的影响。文中研究发现：(1)山体对建筑物周围风场的影响不容忽视，位于山体地形下的低矮房屋周围的风场特性较单体时发生较大改变，在抗风设计时应引起注意。(2)与单体情况相比，山丘在45°-135°风向角下对低矮房屋屋面风压影响程度较大。其中以75°及135°时影响最大。其他风向角下屋面风压有一定程度的减弱，房屋位于山丘背风方向正后方(180)时，风压减小程度最大。所以在抗风设计中，不能忽视山体对低矮房屋屋面风压的影响，应加强受影响严重的部位。(3)风向角在60°-120°时，屋面主要受负压，在山丘形状因子R不变的前提下风压随着山丘高度的增大而增大。45°和135°时，山高变化对屋面风压的影响很小。在其他风向角下，屋面主要受正压，且随山高的增大而增大。总体而言，山丘高度的增加使屋面出现最大的风压增长。
  • 摘要：根据住房和城乡建设部建标[2009]88号文,对《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)进行全面修订,风荷载是本次修订的主要和重点内容之一.本次荷载规范修订要将成熟的有工程依据的研究成果吸收进来,完善和补充工程急需的抗风设计计算内容.修订要点主要包括:调整部分城市基本风压值;提高C、D两类地貌的梯度高度,调整B类地貌风剖面指数;细化局部体型系数与内压系数,反映位置与尺度影响;修改湍流度及阵风系数的计算公式;给出高层建筑群干扰效应系数的取值范围;修改顺风向风振系数计算的表达方法,增加高层建筑横风向和扭转风振计算方法,增加大跨结构风振计算原则规定.
  • 摘要：目前国内边界层流场模拟大多采用尖塔和粗糙元相结合的被动模拟方法，在借鉴国内主要风洞试验室尖塔设计方案的基础上，本文研制了一种多功能尖塔。ZD-1边界层风洞的试验段长18m，本文流场调试的目标位置位于大转盘中心处，距风洞入口位置13.5m，这个距离足够产生较为均匀的湍流场，因此将尖塔安装在风洞试验段的入口位置。风洞试验段宽4m，本文在入口位置共安装四座多功能尖塔，考虑到风速较高时尖塔会承受较高的压力，为了保证高风速下尖塔不被风吹走，在尖塔制作时中轴采用两根角钢拼接，角钢两端再用螺丝固定在与风洞内上下壁面紧贴固定的角钢腰槽上。为了解ZD-1风洞边界层流场的湍流能量分布和湍流结构，对B类地貌1:250，流场0.5m高位置的顺风向功率谱进行分析，发现顺风向功率谱结果与Karman谱比较接近，估算此位置的湍流积分尺度为0.64m，对应原型湍流积分尺度为160m，属于正常范围，可以用于工程实践。浙江大学边界层风洞在设计建造过程中就考虑到风洞流场调试的效率问题，配备了可收藏式三维移测架，同时自主研制了边界层模拟多功能装置，大大提高了流场调试的质量和效率，在风洞投入使用很短的时间内完成了多个边界层流场的调试工作，流场各项指标与实际风场吻合较好，为风工程研究奠定了良好的基础。
  • 摘要：拉索是斜拉桥的主要受力构件,由于其具有长、柔、轻且阻尼小的特点,在外界环境激励下极易产生各种振动,尤其是风雨导致的大幅风雨振动,易导致行人的不安和拉索的破坏.辅助索减振措施用辅助索将各拉索相互连接,形成一个索网,由此可以提高拉索系统刚度而抑制拉索的振动;然而辅助索难以有效地提高拉索系统的阻尼,因此,工程技术人员有时会共同使用阻尼器和辅助索以抑制拉索的振动.但目前尚不清楚索网-辅助索-阻尼器系统的振动特性及其减振机理，亦无明确的优化设置方法。鉴于索网结构体系振动问题的复杂性，本文将其简化为附加弹簧和阻尼器，研究拉索-弹簧-阻尼器系统的自由振动特性，探讨索网-辅助索-阻尼器系统的减振机理和优化设置。通过分离变量法得到了复特征频率方程，给出了不同情况下振动频率解的范围，研究了弹簧刚度和阻尼系数以及安装位置对拉索振动特性的影响。
  • 摘要：文中以某一超高层建筑总为例,在大楼中部和上部设计了两个吸风口,并将放置四组风涡轮发电系统进行风能发电.由于该楼风能发电机周围独特的结构形状,外部气流在经过风能发电机吸风口周围和内部时,会发生复杂的风效应.风洞试验和计算流体动力学(CFD)数值模拟的结果表明，设计的放置风能发电机的洞口能产生约3.5倍的风速放大效应。本文采用计算流体动力学(CFD)以及计算固体动力学(CSD)的方法，主要研究吸风口内风场对风机荷载的影响。结果表明：随着来流风速的增加，吸风口风速明显增大，同时作用在吸风口及风力发电机的绝对压力也显著增大。大涡模拟准确地模拟到了气流切入风机发电机后的动态风荷载。由风荷载谱分析表明，气流切入风力发电机风荷载频谱与一般圆柱绕流的风荷载频谱存在差异。这主要是由于风力发电机本身旋转，造成绕流的分离点和涡脱落频率发生了变化。综合来看，三种切入风速下的荷载频谱存在一定相似性。在切入风为70m/s风速下，风力发电机所受到的绝对风荷载与其自重处于同一量级。由于吸风口的局部加速和整流作用，来流湍流经过吸风口加速后明显变弱，气流速度变得比较均匀，这说明来流湍流对吸风口内部的流场影响较小。
  • 摘要：本文拟以某超大型逆流式自然通风冷却塔为原型，塔高为220m，喉部壳体最薄处只有0.2lm，底部直径约170m，喉部直径103.5m。通过弹性壳体气动弹性模型在对雷诺数效应进行有效补偿的基础上对其风致位移、加速度和应变响应进行了测试，得到如下主要结论：动力特性测试结果表明气动弹性壳体模型能较好地实现冷却塔各种相似关系；加速度响应随风速增大而增大；相同风速下，加速度响应随高度的增高而增大；同一高度下，横风向的加速度响应最大，迎风面和背风区的加速度值相对较小；冷却塔的变形沿环向呈对称分布，迎风向的正位移最大，且与横风向的最大负位移绝对值大小基本相当，尾流区的位移很小，基本在0附近；风荷载作用下内外表面产生的子午向应变基本一致，其沿环向变化趋势与位移比较类似，而环向应变基本为压应变，且最大值出现在最大负压区。
  • 摘要：输电线路属于重要生命线工程,1000kV特高压输电线路是我国目前最高电压等级的输电线路.特高压杆塔结构高大,其风振效应是工程中关心的主要问题之一.本文以一座1 000kV和500kV同塔并架的高124.1m的四回路钢管塔为对象，研究适应输电塔弯曲振动的TMD减振方法。首先通过动力分析与仿真确定了减振措施的有效性，并提出了TMD设计的优化参数。在此基础上，设计制作了两台试验用TMD装置。该装置采用悬臂梁弹性元件和电涡流阻尼方式，结构简单，安装简便，可以有效地满足输电塔服役条件下长寿命无维护的要求。有效振动质量达到装置总质量的85%以上，极大地降低了附加荷载。通过实塔TMD减振试验，初步分析表明TMD减振措施取得了预期效果。
  • 摘要：高层建筑属风敏感结构,在强/台风作用下风致响应较大,风载是其结构设计的控制载荷,因此研究这一地区的风环境及台风对高层建筑的风效应是很有必要的.本文选取香港一座极具代表性的超高层建筑为例，为了研究其在强／台风作用下的风效应，在该建筑顶部建立了一套结构风效应监测系统，且利用香港地政总署建立的香港卫星参考站网(SatRef)组建了GPS实时动态监测系统。选取2008-2009年该系统在台风登陆过程中测得的GPS数据并结合加速度传感器的数据，对其动态特性进行分析。结果表明，采用GPS实时动态技术监测超高层建筑风致位移响应是可行的和有效的，利用已有卫星定位参考站网(SatRef)则更加能节约成本，保证数据质量；GPS实测位移数据会受到多径效应干扰，经滤波后干扰信号得到了有效的削弱；位移共振响应大于背景响应，横风向位移共振响应大于顺风向位移共振响应；基于加速度和位移实测结果识别的结构自振频率吻合较好，且由位移转化得到的加速度均方根与加速度传感器测得的加速度均方根时程吻合良好，相互验证了这两种测试手段的可靠性。
  • 摘要：本文选择高度为256.9m的广州某超高层建筑作为试验对象,进行了风洞测压试验,旨在获取该高层建筑表面风压系数,以及表面风压系数与周边建筑物的关系.由于该建筑周围有其他较高的建筑,存在着群体相互干扰问题,不能完全按现有《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)进行结构的抗风设计;同时其立面为大面积悬挂石材幕墙,风荷载成为设计控制荷载之一,因此有必要将该建筑连同周围可能影响该结构风荷载的特征建(构)筑物制作为模型在风洞试验中予以考虑.通过研究发现：该建筑外表面风压主要表现为迎风面分布为正压，下部最大平均风压系数较小，上部风压系数略有增大；在建筑群体相互干扰作用较为明显的区域表现为最大风压系数为负值；而最小平均风压系数则表现为上下部绝对值较大，中部绝对值较小；最大峰值压力系数在墙体边缘处绝对数值较大，而在表面中心部位逐渐有减小的趋势。受周边建筑的影响，该建筑外表面风压分布呈现出典型的群体风效应。在该建筑物南侧约1/2-2/3高度处出现负压区，而雨篷层由于受到临近高层建筑的影响，始终呈现负压。总体来说，在该建筑约2/3以上高度处，风压在四个周边拐角区域比中间区域要大。根据本次风洞试验研究可知，周边建筑对该建筑物的影响不能忽略，对于群体风效应，也不能简单地将体型系数乘以相互干扰系数来确定实际风荷载，设计人员在进行类似工程的设计时应引起足够的重视。
  • 摘要：大型双曲自然通风冷却塔属于空间薄壁高耸结构,由于塔体很高、阻风面积很大,相对于地震荷载和温度效应而言,其对风荷载更为敏感,风荷载是此类塔体结构设计的控制性荷载,因此,在风荷载作用下的冷却塔安全性历来受到工程界的高度重视.但以往很多关于冷却塔风荷载风洞试验和现场实测的研究,主要关心冷却塔的外表面风压,我国相关规范也只对外表面的风压进行了规定,而对内表面风压分布缺少相关研究储备.本文通过风洞试验，对冷却塔塔内风荷载特性和来流风速、十字挡板及风向角对内压的影响进行分析，得出如下结论：冷却塔内风压并不是所有测层沿环向均匀分布，底层风压在180°纬向角附近会出现突变，其阻力系数约为0.20，而其他各层风压沿环向，高度分布较为均匀，风压系数在-0.5--0.6之间变化，阻力系数几乎为零；来流风速即塔内气流量对内压及其分布影响很小；在冷却塔底部增加十字挡板会使冷却塔塔内压力系数绝对值减小0.1-0.20，且底部压力系数沿环向分布更为均匀，但使得撞击在塔内壁上的气流往上部移动，中段靠下的测点压力系数在180°附近出现突变，对冷却塔顶部的压力系数及其分布影响很小；风向角对内压及其分布影响很小。
  • 摘要：随着科学技术的迅速发展,解决了过去施工困难等方面问题,修建跨越海峡、深山峡谷的桥梁成为可能.虽然这些桥梁的修建为经济的快速发展提供了条件,但是也带来了因桥位处大风频袭导致的桥梁风致振动和风对通行车辆的影响问题.因此,为保障车辆的行车安全和桥梁的正常使用,研究风-车-桥系统的耦合振动响应十分必要.本文采用数值模拟方法模拟计算分析了横风作用下移动车辆与桥梁之间的相互气动影响，以及风场紊流特性对车辆、桥梁气动特性的影响，得出以下结论：CS、CL、CD、CP和CY随相对风偏角增大均有先增大后减小趋势，而侧倾力矩系数CR随相对风偏角增大而一直增大;桥梁对车辆气动特性影响非常显著;车辆的存在会使桥梁气动特性普遍增大;紊流特性对车辆和桥梁的气动特性也有一定的影响。
  • 摘要：线性自激气动力模型已成功应用于大量大跨度桥梁.随着桥梁跨度的不断增大,桥梁在强风作用下的振幅将越来越大,线性自激气动力模型的局限将尤为明显.深入研究非线性自激气动力,对于研究颤振后状态及颤振灾变过程具有重要的意义.本文提出了一种基于CFD数值模拟和连续小波变换分析平板在渐近发散振动条件下的气动力特征。典型大振幅简谐强迫振动条件下平板升力系数、力矩系数的各主要频率成分及其振幅，与平板渐近发散振动分析结果吻合良好，说明该方法可以有效地预测平板在整个发散振动过程中气动力的频率组成及其振幅特性。平板在大振幅强迫振动条件下的升力和力矩系数有以下特征：以激励频率为主，相应的振幅与激励振幅的比值在激励振幅较小时基本呈线性增大，当激励振幅较大时该振幅比值则呈非线性减小；随激励振幅的增大，平板升力和力矩系数中有3倍及5倍激励频率成分出现，且基本随激励振幅呈非线性增大；扭转振动时的气动力非线性较竖向振动时的气动力非线性强。
  • 摘要：高层建筑作为风敏感结构,风荷载是其典型控制荷载.现行规范对风荷载计算方面的条文仅适用于外形较为规则的建筑,对于外形复杂或结构形式特别的建筑,需要采用风洞试验确定其风荷载参数.文中通过对一实际的超高层建筑“宁波环球航运广场”的刚性模型表面风压测量风洞试验，分析建筑的结构开洞和周边建筑对其表面风压的影响。研究表明：(1)当风向正对建筑立面方向时，除下部和上部受三维流影响及其他受洞口影响的区域以外，建筑迎风面平均风压系数随高度的增加而增大，在4/5高度处达到最大值0.90左右，但背风面的平均风压系数不随高度变化，上下基本保持一致，都在-0.70左右。当风向平行于立面时，立面上的平均风压表现为负压，且随高度的增大负压逐渐增大，最大达到-0.60左右。(2)当风从南方向北（风向角180°工况）吹向目标建筑时，背风面下部洞口附近风压表现为很强的负压，系数达到-1.05，这意味着附近的气流被加速，可能会影响到附近人员活动的安全。(3)建筑上部洞口的出现，当风正对洞口立面吹来时，洞口附近的迎风面正风压系数由+0.80左右下降到+0.60左右，背风面的负压系数由-0.60左右增加到-0.80左右，变化到达30%。(4)周边建筑的出现使目标建筑迎风面下部的正风压系数减小了，但同时也使背风面下部的负风压系数增大了。对建筑上部的平均风压系数，周边建筑的影响很小。
  • 摘要：高层建筑不断向长细化、大柔度方向发展,对风荷载作用越来越敏感.另外,现代化高层建筑的设计也对其在动力风荷载作用下的舒适度和可靠度性能提出了更高的要求,因此高层建筑的风振响应分析变得越来越重要.风振响应时域分析法可以比较全面地了解结构瞬态响应的特征,还可以进行精确的非线性分析计算.本文基于时均化湍流模型中的雷诺应力模型(RSM)，发展的高层建筑瞬态风场混合数值模拟方法，可望代替计算开销较大的LES模拟来完成高层建筑湍流场的瞬态分析。以CAARC标准高层建筑为算例，采用雷诺应力湍流模型与随机流场生成技术相结合的混合模拟方法，计算得到了高层建筑的三维脉动风速场。该方法得出的脉动风速考虑了建筑干扰的影响和风谱能量按频率的分布特征，并且满足流体的不可压缩条件，具有较好的物理意义。另外，该方法将传统的整体模拟脉动风速场转化为逐个单点计算，因此不需要分解阶数庞大的互功率谱矩阵，大大降低了对计算机软硬件的要求。
  • 摘要：风工程领域中在进行柔性屋盖结构气弹试验如膜结构的流固耦合效应试验时,由于膜结构的膜材质量很轻,对接触式测量系统的干扰比较敏感,传统的接触式测量系统无法满足其要求,急需一系列非接触的试验测量系统来为其服务.本文通过引进航天飞行器领域的粒子图像测速(PIV)及流场显示技术、压力敏感漆测压技术、时间平均全息干涉法测振技术等非接触测量系统,为柔性屋盖结构气弹试验研究提供可行的测量方法.
  • 摘要：球壳作为工程中一种常用的屋面结构形式,广泛地应用于体育馆、展览馆等大跨度空间结构.通常可定义矢跨比大于1/2的球壳为大矢跨比球壳结构.这类结构因具有较大的覆风面积,且风压分布以及三维空间特性复杂,抗风分析往往是结构设计中的关键问题之一.本文通过刚性模型动态测压试验，对球壳表面脉动风压自功率谱特性进行了研究。得到如下结论：通过对球壳表面脉动风压谱的归纳分析，基于相似的谱特性，将球壳表面脉动风压谱曲线粗略划分为四种，并在此基础上对球壳进行了分区；球壳表面的风压自谱曲线随着测点位置不同而变化，且风压谱所代表的风压脉动能量主要体现为来流湍流、球壳顶部的分离流，以及背部尾流所引起的特征湍流的综合作用。最后提出了一种经验谱模型公式，通过与试验数据的对比验证了该模型的正确、可靠性。通过权重系数分布曲线，揭示了球壳表面各区域脉动风压特征，研究表明球壳顶部分离流所引起的特征湍流对其表面风压脉动能量贡献最大。
  • 摘要：对结构风工程中的流固耦合(Fluid-Structure Interaction,FSI)问题,较多采用弱耦合分区迭代算法(Loosely-Coupled Partitioned Procedures)求解,即在结构域、网格域和流体域中进行交替求解.因流体域和结构域之间的时间推进不同步,故存在时间滞后效应.时间滞后效应导致流体—结构交界面处的速度和动量不连续与能量不守恒,较难满足动平衡条件,并引发数值不稳定性.特别是,若流体密度和结构密度相当,还易引起"附加质量效应",导致计算发散.此时,运用缩小时间步策略不能使计算收敛.针对上述问题，本文研究提出了一种求解FSI问题的弱耦合分区迭代算法：采用SI-CBS算法求解流体域控制方程，在压力Poisson方程中，引入满足GCL的质量源项，这可明显放松对ALE网格速度的限制；采用Ne-wmark法求解结构运动方程；利用MSA技术进行动态网格更新，并针对可能的网格质量下降，加入了面积光滑处理措施；为保持流体一结构交界面处的速度和动量守恒，引入了经修正的CIBC增量项。另一方面，运用本算法对不同雷诺数下的单圆柱横向流致振动、单圆柱两向自由度流致振动和串列双圆柱两向自由度流致振动问题进行系统数值模拟；数值比较发现，本文计算结果与已有文献中的试验及计算成果接近，这表明本文方法在流固耦合数值模拟中的有效性和计算精度。
  • 摘要：国内外研究者采用风洞试验的数值模拟方法,对不同宽高比矩形断面的气动性能开展过很多研究.大量的研究成果表明，采用数值模拟方法获得矩形断面的关键气动参数是可靠的。因此，本文选择采用数值模拟方法，对矩形断面的流场进行模拟。以矩形断面(B/D=4)为数值计算模型，采用PCA理论提取了断面的主分量及主坐标，且分析了此矩形断面流场特性；同时开展了主分量的雷诺数效应研究。得出了以下结论：(l)矩形断面阻力系数以及斯托罗哈数数值模拟计算值与试验值吻合较好，结合平均压力系数曲线与文献对比，表明本文的数值模拟结果是可靠的，采用数值模拟的方法所取得的压力值是可信的。文中所提取的主分量曲线与文献中的曲线具有相同的分布特性，极值点位置吻合较好。(2)结合平均压力系数曲线和脉动压力系数的RMS曲线的分析可知：通过基于PCA理论提取的第一主分量曲线，能够确定断面涡的形成区域和运动区域；可以分析断面上脉动压力特性，获得各个位置脉动压力的相对强度，确定脉动压力极值点位置。同时第一主坐标的卓越频率等于旋涡脱落频率，便于分析脉动压力的时间特性。(3)就矩形断面(B/D=4)而言，选择前两阶主分量及与其相对应的主坐标就能够对断面压力分布实现重构，为数据滤波和消除数值噪声提供了新的方法。
  • 摘要：桥梁主梁断面的气动导数在桥梁抗风设计中占有十分重要的地位,一般可通过节段模型风洞试验提取.随着计算机技术和计算流体动力学(CFD)的迅速发展,基于CFD技术的数值风洞研究桥梁气动弹性问题已经成为可能.本文首次尝试利用CFD技术，采用3自由度耦合强迫振动法识别桥梁主梁断面气动导数。与分状态识别法的主要区别在于，耦合强迫振动法通过所测得的自激力可以一次性识别出18个气动导数，使得计算量显著降低，大大地提高了气动导数识别效率。将耦合强迫振动方法用于某典型流线型箱梁断面18个气动导数的识别，并与风洞试验结果进行对比分析，验证了本方法识别气动导数的可靠性.
  • 摘要：在双索面斜拉桥中,双边箱主梁截面由于中部无底板,结构经济、重量轻、施工方便等优点正越来越多地出现在斜拉桥主梁设计中.一般来说,半封闭式双箱梁的抗风性能良好,然而随着桥梁跨度不断增大,柔度越来越大,而钢结构的采用使得桥梁变轻、阻尼降低,对风的作用也就更为敏感,尤其是在低风速下即可发生的涡激振动变成这类桥梁常见的一种风致振动现象.较大的涡激共振有可能造成结构疲劳破坏,因而需要将其振幅限制在容许范围内.文中结合上海卢浦大桥的涡激振动控制的研究结果，提出采用有一定透风率的板，通过破坏旋涡脱落的规则性或不让其发展成大尺度的旋涡来控制涡振的措施。研究结果在一定程度上显示出多孔板在桥梁涡振控制思路方面的可行性，与其他涡振控制气动措施相比，具有加工和安装简便（比如对于钢主梁，多孑L板可以直接由主梁底板两侧悬出具有一定宽度并在其上开孔的板形成）、基本不会影响桥梁美观等特点，具有较高的工程应用价值。此外，多孔板的位置对其涡振减振效果很关键，多孔板的悬出宽度对其涡振减振效果也有较大影响。文中试验中仅考虑了0°风攻角下多孔板悬出主梁底部的宽度、在主梁底部的位置这些因素，因此得到的结论有一定的局限性。进一步的试验研究将会考虑更多的因素（包括多孔板悬出主梁底部的宽度、多孔板的透风率、孔洞大小、孔洞形式、孔洞排列方式、风攻角、主梁断面类型等），并结合计算流体动力学相关软件指导试验、分析机理。
  • 摘要：近年来,高层、超高层建筑拔地而起,多幢高层建筑风场互相干扰状况必然存在,受扰后高层建筑的风振响应大小及性态与独立建筑相比会有很大变化,在某些情况下可能会超过独立建筑的风振响应,造成结构风灾.目前,尽管各国规范中已有少量国家的规范涉及干扰效应,但仍不全面. 本文通过风洞试验结合数值模拟的方法总结出建筑A在受周围建筑风场干扰后其平动和转动的平均和均方根位移、绝对最大位移的变化规律，得出以下几点结论：(1)考虑周边及邻近建筑干扰效应后，高层建筑A的平均平动响应有普遍略小于单体的情况，“遮挡”效应比较明显，在进行结构设计时，应适当考虑其邻近建筑的影响，对风荷载进行适当的折减，在不失安全性的情况下以求更加经济。对于平均扭转角响应，考虑周边及邻近建筑干扰后其值虽有所减小，但减小效应不如平动响应明显，且应注意在某些风向角特别是斜风向角下因“狭管”效应导致平均扭转角位移响应明显增大的不利情况。(2)建筑横风向平动和扭转平均响应均很小，在受周边及邻近建筑风场干扰后即使有所增大，其值仍然可忽略。(3)考虑周边及邻近建筑干扰效应后，结构位移动力响应明显增大，动力干扰因子普遍大于1。建筑平动位移均方根值平均增大0.59倍，而扭转角均方根平均增大1.17倍，可见干扰效应会明显增大结构位移的动力响应，应适当采取措施减小建筑的动力响应，且建筑扭转角响应对干扰效应更加敏感，特别是斜风向风对扭转效应会产生非常不利的影响，应适当采取措施提高结构抗扭能力。(4)除注意上游建筑对建筑A的干扰效应之外，还应重视下游建筑对建筑A位移响应的动力增大效应。
  • 摘要：冷却塔作为一种高耸空间薄壁结构,振型复杂,对风的作用极为敏感.大多数情况下,风荷载在冷却塔结构设计中起控制性作用,对结构的设计安全至关重要,大型冷却塔在强风作用下的结构安全性问题更是工程界历来所关注的重点.本文以某在建大型冷却塔群为工程背景，对大型冷却塔群现有风洞试验研究的基本内容和风荷载作用下结构分析的主要过程结合规范进行较为详细的介绍。通过上述研究发现：①自然通风冷却塔属于典型的圆截面结构，雷诺数效应显著，在风洞试验中可以通过改变塔筒表面粗糙度和调整试验风速等手段对其雷诺数效应进行较为严格的模拟。②风洞试验表明，冷却塔群的风致干扰效应显著，在结构设计中必须加以考虑。③根据需要，存在暂时拆去一对人字柱的情况。建议临时拆除时，结合风洞试验和当地风速风向资料，综合考虑施工和运输的方便性，优先选在多塔比例系数较小的吹风角度的背风向一侧。④冷却塔整体和局部稳定性验算需要合理考虑内压的作用，不考虑内压，将使结果偏于危险；考虑过大将造成不必要的浪费。
  • 摘要：交通量的急剧增长导致了国内外道路交通工程行车道数越来越多,但作为连接道路跨越沟堑的桥梁结构却因为建筑美学、力学及建设能力各方面的限制而不能将桥面建的太宽.因此,近年来国内外相继出现了数座双幅或多幅桥面桥梁,其结构形式也各具特色,但从桥面间的连接形式来说,可以分为多幅桥面间有横向连接和多幅桥面间无横向连接两类. 本文根据泉州海湾跨海大桥的两个设计方案为背景，分别对双幅横向有连接叠合梁桥面和双幅横向无连接叠合梁桥面的两种结构方案进行结构动力特性分析及节段模型风洞试验，探讨两种结构形式的双幅桥梁在动力性能及气动性能上的差别。研究表明：两种结构的动力特性存在着显著差异，其中，横向有连接方案的主要竖弯和扭转模态与常规单幅桥面桥梁相似，但横向无连接双幅桥面会出现两幅桥面同向和反向的竖弯与扭转模态；两种结构形式的双幅桥面结构均能满足颤振稳定性要求，但横向无连接方案双幅桥面间存在着显著的气动干扰效应，这有可能会不利于桥梁结构的气动稳定性；两种结构形式的涡振性能较单幅桥面的涡振性能有较大变化，且两种桥面方案结构的涡振性能也存在很大差别，这种差别主要是因为柔性结构与气流的流固耦合作用以及双幅桥面间的气动干扰效应而形成的；双幅桥面各桥面的三分力系数与单幅桥面有显著差别，并且双幅桥面各自的三分力系数随着双幅桥面间的间距变化，其中，阻力系数随着双幅桥面间距的增大而增大，慢慢近于单幅桥面自身的阻力系数，上游桥面的变化程度不如下游桥面明显，对于升力系数和升力矩系数，上游桥面随桥面问距离的变化不显著，下游桥面的升力和升力矩系数却对桥面问的距离比较敏感，呈现一定的波动变化。
  • 摘要：悬索桥以其巨大的跨越能力在跨海连岛交通工程建设中备受设计者青睐,然而随着悬索桥跨径的增大,设计风速下的气动稳定性将成为其关键的控制因素,对于典型流线型箱梁断面而言,悬索桥跨径似乎止步于2000m,即超过2000m后必须考虑施加相应的措施以提供其气弹稳定性.本文针对现有的主动控制面理论模型中不能考虑控制面相位角对控制效果的影响，将扭转运动相位角引入控制面理论模型中，以一座主跨3000m的悬索桥为例讨论了控制面扭转运动相位、振幅对其控制效果的影响，揭示了控制面的控制机理。研究发现：迎风侧控制面扭转运动领先于加劲梁运动的相位超过180°是控制面实现有效控制的必要条件，否则会恶化悬索桥的颤振性能；控制面扭转运动最优相位角不依赖于其振幅，可以在一个固定扭转振幅下对控制面的相位角进行优化，并将该振幅下的优化相位角应用到其他振幅；控制面宽度、水平距离以及振动相位固定的情况下，其控制效果随着其振幅的增大而增大；控制面的控制机理是通过主动的调整控制面的扭转运动相位从而改变作用在其上的自激升力方向，产生反向于加劲梁上自激升力矩的力偶，从而起到颤振控制的作用。
  • 摘要：斜拉桥的拉索在风雨环境中易发生低频的大幅振动,称为风雨激振.各国研究者在多座桥梁上观测到了这一现象,并建立了多种拉索风雨激振理论模型,对该现象进行深入的研究,并应用于工程实际.李寿英建立了运动水线连续弹性拉索风雨激振理论模型,比较全面地反映拉索风雨激振的特征,但不利于对拉索的参振模态进行分析,这样就不能够对拉索的风雨激振进行深入的研究.本文在假设拉索与水线之间的相互作用力为库仑阻尼力和线性黏滞阻尼力的基础上，对李寿英建立的理论模型作进一步的改进，并将计算分析得到的结果与现场实测以及试验研究总结的拉索风雨激振特征进行了全面的对比，理论分析的结果与现场实测和试验研究的结果比较吻合，说明本文的理论模型能够比较真实、全面地反映实际的拉索风雨激振现象，建立理论模型时所作的假设是合理的。
  • 摘要：悬索桥跨度大幅度增长,结构刚度的急剧下降,使得风致振动对桥梁安全性的影响更加重要.首先,影响风振性能最关键的因素就是抗风稳定性.以拟建的普立特大悬索桥为研究对象,该桥塔较高,桥位所处的西部山区地形起伏很大、气象条件复杂,桥址处存在典型山区脉动风产生的条件.以该桥为研究对象,研究大跨度流线型箱梁悬索桥抗风稳定性,通过风洞试验发现，通过增大斜腹板和底板的夹角能使颤振发生风速显著提高。建议在设计流线型箱梁断面时选择较大的斜腹板和底板的夹角，这样能有效提高大跨度悬索桥的气动稳定性。当斜腹板和底板夹角增加到164°，能有效地提高风攻角的+3°和+6°气动稳定性。
  • 摘要：气弹模型因其独有的三维特性而能够更加真实地模拟各个方向的来流对桥梁的影响,因此成为确定桥梁结构风致效应可靠的研究方法.主梁采用流线型断面的桥梁其气弹模型设计方法已经比较成熟了,但是很少有针对钝体断面形式的双层板桁组合桥梁气弹模型设计方法进行研究.本文结合重庆千厮门大桥气弹模型设计实例，分别采用板壳梁格模型、双层主梁模型和单主梁模型进行动力特性分析并比较三者分析结果。由比较可知，双层主梁模型和单主梁模型两者与板壳模型计算结果较吻合。设计气弹模型时采用传统的单芯梁形式，且运用闭口箱形截面作为芯梁的截面形式。最后实测了气弹模型不同施工阶段动力特性，并与板壳有限元模型计算结果比较，证明了单梁形式的有限元模型与气弹模型能够满足双层板桁组合斜拉桥风洞试验要求。
  • 摘要：作用于建筑物上的风荷载是一种随机荷载,一般有两种方法来确定风荷载的大小使得结构及维护构件设计安全经济:一种是采用传统的概率保证法,根据保证概率确定风压的分位置;二是采用极值的方法来确定风压的极值.极值方法最初由Davenport引入风工程,他假定作用于建筑物上的脉动风压服从高斯分布,并基于此假定得出了确定极值风压的阵风因子,此方法即为阵风荷载因子法。本文在假定短时距内极值相互独立，且服从广义极值分布的基础上，推导了长时距内极值的广义极值分布参数与短时距内极值的广义极值分布参数之间的关系，得出了更为合理的通过单个样本划分多个子样本进行极值统计，来计算非高斯分布风压极值的计算方法。最后，结合某建筑物的刚性模型测压试验进行验证。计算结果表明：采用广义极值分布比采用Gumbel极值分布能更客观、更合理地刻画风压子样本的极值分布。由于本文的计算结果是基于一高层结构的三个典型截面上测点的风压数据，而采用的Gumbel极值分布是针对低矮房屋的，因此本方法还有待进一步的深入研究。
  • 摘要：台风对高层建筑维护结构和附属结构的破坏很大,主要表现为对外墙饰面、门窗玻璃及玻璃幕墙的破坏.本文在此背景下对厦门沿海某高层建筑玻璃幕墙进行了风致应力的现场实测研究,分析了台风作用下玻璃幕墙的风压与应变应力的关系，以及幕墙玻璃板表面的应力分布情况。实测数据表明幕墙玻璃在风荷载作用下受力情况复杂，研究结果表明：取1min为时距，能较好地反映记录数据中的应变随风压的变化过程；实测得到的玻璃表面风压并不很大，比实际玻璃幕墙所能承受的破坏荷载要小一个数量级以上；玻璃表面的应变时程与风压时程的变化过程整体上相符，但当风压突变较大时，玻璃的应变会比风压的变化相对滞后；可以认为玻璃面板上的应力随风压基本呈线性增大的趋势，但玻璃板上实际的应力分布复杂；当风荷载较大时，玻璃板的最大主应力一般在板的角部位置。当玻璃面板表面的风压正负交替时，应变和应力随之发生正负交替变化。
  • 摘要：随着我国经济建设的发展,近年来高层建筑在我国各地大量兴建.又由于新材料、新技术的开发与应用,其结构向更高、更柔、低阻尼、轻质量方向发展,对风作用也越加敏感,使得结构的风效应逐步成为控制高层建筑安全性、舒适性和经济性的最重要因素之一,其风致振动问题是结构设计者所关注的重要问题,而来流湍流对结构风荷载分布和风致响应有很大的影响.因此,研究湍流对高层建筑的影响有很重要的实际意义.本文风洞试验就是模拟出在风洞中1m高度处Iμ=0.21%、13.5%、21.1%、30.1%的四种风场，并进行了测压和测力试验，研究不同湍流强度风场对高层建筑的影响。结果表明：由测压试验计算得到的基底剪力与高频动态天平测得的基底剪力的平均值吻合得很好；顺风向平均基底剪力大于横风向平均基底剪力；随着湍流度的增大，顺风向平均基底剪力系数呈减小趋势。
  • 摘要：高层结构对风荷载作用比较敏感,在风振作用下会出现结构振动舒适度或层间侧移难以满足设计要求的现象,对使用人员的正常生产和生活造成一定程度的负面影响.减振技术作为一种有效的控制方法在工程结构中得到了广泛的应用.本文针对某超高层连体结构的风振反应展开分析，研究结构在三种不同减振控制方案下的减振效果。结果表明三种减振控制方案对该结构风振反应均具有较好的控制效果（尤其是方案A），保证了结构高低塔楼之间连接体处于弹性工作状态，改善了结构的抗风性能。黏滞阻尼减振控制装置对于抑制高层结构的风致振动响应是行之有效的，不仅能够改善结构的安全性和舒适性，而且安装简单、易于维护。
  • 摘要：球壳结构是常用的大跨度空间存储结构形式之一.为了满足大跨度储煤结构某些功能性的要求,结构本身会有一些局部开孔,如天窗、设备口、开放带等.本文主要以一种典型的球壳结构为例，对其进行了刚性模型测压试验，研究了天窗、开放带两种开孔形式对球壳结构风压系数的影响。结果表明：球壳结构天窗开启、有无开放带都对结构内表面风压分布有显著影响，对外表面风压分布影响不大；对于两种开孔方式来说，开放带对结构内表面平均风压系数影响最大，其次为天窗。
  • 摘要：本文研究对象为北方某大型购物中心,其屋面虽为平面,但表面有很多凸出的高屋面、制冷机、天窗、空调机、防火墙等,其建筑造型具有一定的代表性.本文基于两相流理论模拟了雪飘作用,利用计算流体动力学方法对此建筑进行了全尺度数值模拟,在软件平台Fluent上开发了相应的计算程序,分析了在人为设想的风暴后,屋盖表面雪荷载的分布情况。由计算结果可见，在迎风屋面部分区域，由于气流分离，风速较低，出现雪的沉积；屋顶凸出物的背风区域，由于风速较低，也出现了雪的沉积区域；这些区域的雪荷载相对均匀分布时有一定的增加；其他区域上的风速较高，积雪在风作用下发生侵蚀，雪荷载相对均匀分布有一定的减小。此研究结果为结构的设计提供了依据，同时也为国内开展大跨屋盖表面雪荷载最不利分布的理论和应用研究提供了参考。
  • 摘要：对于开孔结构内部风效应的研究,国外开展较早,通过试验研究发现,屋盖的净压在立墙迎风面开孔时均有不同程度的增加,且内压存在比较明显的Helmohotz共振放大现象.基于低矮平屋盖在锥形涡的强大吸力作用下较易破坏的现象，本文以一几何缩尺比为1:50，在屋面角部有3种开孔尺寸的刑刚性模型进行了风洞试验，在对内部体积进行正确缩尺比的条件下，详细地研究屋盖在不同建筑内部体积的条件下的不同开孔尺寸时，建筑的平均内压系数、脉动内压系数、最小极值内压系数的变化规律.结果表明：平均内压系数在所有风向角下均为负值，在开孔迎风长度最大风向角内压最小；脉动内压系数在开孔背风风向角较小，在开孔迎风风向角达到最大；在所有风向角下，内压脉动均小于开孔处的外压脉动，屋盖角部开孔时内压并无与建筑立墙迎风开孔时明显的Helmohotz共振现象；对于极值风压系数，在开孔3%和5%时，开孔迎风时，ASCE规范低估了建筑极小值内风压，但对于8%的开孔率，ASCE规范是安全的。
  • 摘要：由于风压的随机性,其概率统计特性一直是风工程研究人员所关注的问题之一.本文以某低矮建筑刚性模型的表面风压测量风洞试验数据为例，分析了建筑表面风压及其极值的概率统计特性，指出了目前常用的风压极值计算方法的缺陷。在此基础上，以广义极值理论为基础，根据观察极值的相互独立性，正在开发一种基于单个标准样本数据的极值估计方法，并与几种常用极值方法计算结果进行比较。得到以下结论：建筑特别是浸没在高湍流下的低矮建筑的外表面风压系数通常并不满足高斯假定，部分区域甚至严重偏离；利用单一的概率分布函数拟合整个屋面上所有测点上具有很强随机性的风压系数是困难的，对于不同风向下不同测点上的风压时程并没有一致性；广义极值分布函数比极值I型分布函数能更好地拟合风压系数极值；相对于目前常用的Davenport法、Kown-Kareem法、Sadek-Simiu法以及Quanetal法，本文正在开发的方法无论对风压系数正极值还是负极值的估计结果都更为准确。
  • 摘要：随着超高层建筑、大跨屋盖、桥梁与高耸塔桅结构等建筑物不断涌现,尤其在沿海地区,研究这类建筑结构在风荷载作用下的特性,已越来越受人们的关注.现场实测方法是一种最为直接的风工程研究方法,通过现场实测,可以获得详细全面、可信度较高的数据资料.大量的实测研究发现,风场实测数据偶尔可能会出现较大偏差和坏点,虽然出现这种偏差的概率很低,但有时偏差较大,若不处理会降低数据的利用率.因而有必要开展风场缺失和异常数据处理方法的研究,以获得比较符合实际的实测数据.风场实测数据属于动态测试数据，其数据量庞大，一般可以采用莱茵达准则，但是莱茵达准则运用前提是数据呈正态分布；同时判定时可能将风场实测数据中不应剔除的数据误判定为异常值，因此文中提出一种新的方法——绝对均值法，采用绝对均值法对风压实测数据中个别失真数据进行判断剔除，以其中可信数据为依据，采用迭代回归方法对已剔除的失真数据进行替换和对缺失的数据段进行插补。但是该方法计算时候比较麻烦，通过对风场实测数据的失真判断和缺失数据段有效插补，进而可以得到详细完整、比较符合实际风场情况的实测数据，这对于开展风场实测数据处理具有实际的指导和参考价值。
  • 摘要：本研究选取2008—2009两年期间对香港影响较大，致使香港天文台发布至少3号台风预警信号（l0min-l0m风速＞llm/s）的11次台风数据。研究了不同来流地形及不同风力强度下，沿海复杂山地地域中，风场的垂直分布特征，详细讨论了水平风速、水平风向和垂直风速随高度变化的剖线分布情况。研究发现，山地地形强风作用下，不同上游方位区域的风场特征差异明显。山体的阻挡及山体环抱体积的改变可能会产生来流气团上升、下沉对应的垂直对流运动和扩张、收缩对应的水平对流运动，从而导致来流在风速和风向上发生变化，产生出与常规简单地形下不同的甚至相反的特征。跨越山体阻挡后的来流在山体另一侧形成下沉气流，并通过这种向下的对流形式将能量传递给当地风力较弱的下层气流；而来自于较为空旷的来流到达观测点后，由于对面山体的阻挡作用会形成上升气流，并通过这种向上的对流形式为高层输送低能气团物质，从而平衡上下高度层间的能量和风速差异。两种不同的垂直对流运动下的垂直风速剖线均服从对数律分布，并随着风力的加强而变陡。下沉气流作用下的水平风速剖线能较好地服从指数规律分布；而在较高部分偏离对数律分布，出现右摆现象，且该偏离点高度随风力的加强而降低。上升气流作用下的水平风速剖线在一定高度下服从对数律和指数律分布，而在上部因为风力随高度的增幅放慢或停潴而出现偏离，该偏离点高度也随风力的增强而降低。山体环抱容积随来流方向的变化会引发来流的收缩或扩张运动，从而产生水平方向上的对流。沿来流方向收缩的山体容积能导致对应水平风速的增大，反之减小；同时两种情况都会使靠近山体侧面部位气团的风向角沿山体侧壁的走向变化。对应不同方位的来流，在一定高度范围内，水平风速剖线均服从一致的对数律分布，而不随来流方位发生明显变化，且所识别的摩擦速度和指数系数随风速的增加而增大，而地面粗糙度长度则随之减小。

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